DE7234792U - Einrichtung zur kapazitiven Übertragung von Daten zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil von elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,| 0. SEP. Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

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 besieht sich auf eine Einrichtung zur kapazitiven, kontakt- und berührungslosen, gegebenenfalls wechselseitigen übertragung von ])aten (.Steuer-, Meßdaten) zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil von elektrischen Maschinen, insbesondere bei schleifringlosen, mit umlaufenden Thyristoren regelbaren Synchrongeneratoren mit Av*ßenpol-Erregermasehinen.

Bei großen Stromerzeugern (Generatoren) bereitet die Zuführung der mehrere Megawatt betragenden Errsgsrleistung über Schleifringe Schwierigkeiten. Mas. verwendet deshalb AuBenpoI-Erregeraaschinen und zur Einspeisung rotierende Gleichrichter, um ein günstiges dynamisches Verhalten der Maschine zu gewährleisten, werden neuerdinge anstella der Gleichrichter rotierende Thyristoren angewendet, Zur Steuerung dieser Thyristoren von einer ortsfesten Steuerstelle aus sowie gegebenenfalls zur Rüekübertragung 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 Wellenlängsschubes der Maschinenwelle von etwa 50 mm und eines radialen Wellenapieles der Maschinenwelle von etwa + 5 ffiffi betriebssicher arbeiten. -2-

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Die Erfindung besteht hierbei aus einem zwischen einer Sendestation und einer Empfsingsstation vorgesehenen, der Maschinenwelle zugeordneten kapazitiven Übertragungsorgan aus zwei mit ihren Zinken wechselseitig ineinandergreifenden Kammelektroden, von des.en dia eine Elektrode stationär- angeordnet ist und die andere Elektrode mit dor Maschinenteile umläuft.

Die feststehende Elektrode ist zweckmäßig gabelförmig gestaltet. Sie 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 Maschiaenwelle vernachlässigbar klein ist.

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

|T . Beide Elektrodenanordnung«]! des kapazitiven Übertragungeorgans ~ können vollständig au« einem biegefesten Kunststoff bestehen, wobei lediglich die Linken mit einem Setallbelag beschichtet sind ο Die Metallbelegungen auf den ineinandergreifenden, einander zugewandten Zinkenfläohen der beiden Elektroden sind zweckmäßig ungleich lang und bei der stationären Elektrode größer gewählt als bei der umlaufenden Elektrode·

Zur Übertragung der Daten sind Mittel vorgesehen, welche die Steuer- bzw. MeSdsten vca. eins? Sendeβtatlon im Prequenz- bzw. Zeitmultiplexverfahren über das Übertragungsorgan der Empfäage?- station zuführen, wobei das zu übertragende Signal jeweils einem Signalgeber entnommen und über einen Modulator sowie über einen Verstärker dem kapazitiven Übertragungsorgan su-

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geführt wird, während empfangeseitig hinter dem kapazitiven Übertragungeorgan ein weiterer Verstärker, ein Demodulator und eine Signalauswertung vorgesehen sind, die ein dem sendeseitijpn Signal entsprechendes empfangsseitiges Signal verausgabt, welches ale Steuer- bzw. Meßsignal Steuer- bzw. Meßvorrichtungen beeinflußt.

Zur gleichzeitigen Übertragung von Steuersignalen und zur RückÜbertragung von MeBlaten kennen zwei kapazitive Übertragungsorgane vorgesehen sein, von denen das eine Steuersignal· von ;pl einer ortsfesten Steuerstelle zum Läufer der Maschine und das ~ andere MeBdaten vom Läufer zu einer ortsfesten Überwaohungsstelle überträgt.

Auf der umlaufenden lasohineawelle einerseits und in einem Bereich des Maschinenstators andererseits können Steuerbausteine enthaltende Beipacks befestigt sein, welche die Modulationsund StmodulatioatVorrichtungen für die Datenhin- und -rückÜbertragung enthalten.

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

- Sie Figur 1 veranschaulicht die umlaufende Maschinenwelle W, welcher das kapazitive Übertragungsorgan 0 zugeordnet ist, das aus zwei mit ihren Zinken Z wechselseitig ineinandergreifenden Kammelektroden 351 und 12 besteht, von denen die Elektrode E2 stationär angeordnet ist, und die Elektrode £1 mit der Maschinenwelle W umläuft· Sie umlaufende Elektrode E1 besteht aus einem auf der Welle W aufsitzenden Zylinder (E), auf dessen Außenmantel eine Hehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Seheiben S aufgezogen sind. Der Zylinder E und die Scheiben S können aus Kunststoff bestehen« Sie Soheiben 8 bzw. zinken Z sind ganz oder teilweise mit metallischen Belegungen. B besetzt. Sie feststehende Elektrode E2 ist gabelförmig gestallt tet, wobei die Zinken Z21 bis Z2;> dir Gabel in die Zwisoheu-

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raune zwischen den Zinken Z11 bis ZH der umlaufenden Elektrode 751 eingreifen. Die aus Kunststoff bestehenden Zinken Z21 bis Z23 der stationären Elektrode 22 sind ebenfalls mit metallischen Belegungen B versehen. Sie Elektroden E1 und E2 des kapazitiven Übertragungeorgans 0 bilden somit einen Kondensator; dessen Kapazitätswert durch die Fläche der einander zügen mdten MetallwslsgüSigSE. B und durch deren Abstand voneinander bestimmt ist. Die Anordnung nach der Figur 1 empfiehlt sich, wenn mit einem erheblichen Radialspiel der Welle W während des Betriebes zu rechnen ist} der Wellenlänguschub der Maschinenteile W dagegen \ vernachlässigbar klein iat.

Auch bei der Anordnung nach Figur 2 ist die feststehende« Elektrode E2 des kapazitiven Übertragungsorgane 0 gabelförmig gestaltet; ihre Zinken Z erstrecken sich aber parallel zur Maschinenwelle W. Die umlaufende Elektrode Ξ1 des kapazitiven Übertragungsorgane 0 besteht aus einer Mehrzahl von mit Abstand voneinander konzentrisch ineinandergeschachtelten, auf die Welle W aufgezogenen Rohren Pi bis ?4, deren Käntsl dis Gsgen= zinken Z bilden, zwischen dsnss. dis Zinken Z i*r 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 2*< sollen sich nur über einen Teil der Rohrmäntel erstrecken, dagegen sollen die Zinken der feststehenden Elektrode S2 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 zn rechnen, weil dann immer gleich große Kondensatorflächen aktiv sind. Auch bei einem Radialspiel der Welle W bleibt die Kapazitätsänderung des kapazitiven Übertragungsorgans 0 gering, da eine kompensierende Wirkung entsteht: Vergrößert sich auf der einen Seite nämlich der Abstand zwischen dea Kondensatorbelegungen, so verringert er sich im gleichen Verhältnis auf der anderen Seite.

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Die Übertragung von Steuersignalen von einer ortsfasten Sendestation SS zu einer umlaufenden Empfangsstation F_ 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 Q als Koppelkapazität mit einem Verstärker V verbunden ist, der über einen Demodulator BM die Sign&lauswtrtung Sa beeinflußt. Biese Sign^alauswertung Sa wirkt auf den Steuersatz der zu steuernden Steuerorgane, z.B. der Thyristoren, ia 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 ES und der simultanen RückÜbertragung von Meßdaten aus dem Läufer zur stationären Batenerfasswigsstelle werden zwei kapazitive Übertragungsorgane 0 der Maschinenwclle W zugeordnet, von denen das eine in Verbindung mit den Bausteinen der Sendestation SS und der Empfangsstation ES gemäß Figur 3 für die eine Übertragungerichtung und das andere, ebenfalls in Verbindung mit Bausteinen einer Sendestatior SS und einer Empfangsstation SS, 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 zuzuordnenden Bausteine und deren Stromversorgung werden in Beipacks auf oder in der umlaufenden Welle W untergebracht.

9 Patentansprüche

3 Figuren _₆_

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Claims (8)

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1. Einrichtung zur kapazitiven, kontakt- und berQhrungslQsen, gegebenenfalls wechselseitigen übertragung von Daten (Steuer-, Meßdaten) zwischen einem feststehenden und eisern rotierenden Teil von elektrischen Maschinen, insbesondere bei schleifringlos«!, Bit umlaufenden Thyristoren regelbaren Synchrongeneratoren Bit Außenpol-ErregermasohiBen, gekennzeichnet durch ein zwischen einer Sendestation (SS) und einer Empfangsstation (SS) vorgesehenes, der Maschinenteile (W) zugeordnetes kapazitiveβ übertragung«organ (0) aus zwei mit ihren Zinken (Z) wtohselseitig ineinandergreifenden Kammelektroden (E', E2), von denen die eine Elektrode (22) stationär aage» ordnet ist und die andere Elektrode (£1) Bit der Maschinenteile (W) umläuft.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet,, daß die feststehende Elektrode (S2) gabelförmig gestaltet ist.

3. Einrichtung na«h Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die umlaufende Elektrode (£1) aus einem auf der Welle (W) aufsitzenden Zylinder (E) besteht, auf dessen AuSenfcaatel eine Mehrzahl von Bit Abstand voneinander angeordneten Blektrodensoheiben (S) aufgezogen sind.

4·. Einrichtung naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die umlaufende Elektrode (E1) aus einer Mehrzahl von mit Abstand voneinander konzentrisch ineinander geschachtelten, auf die Welle (W) aufgezogenen Rohren (F) besteht, deren Mantel die Zinken (Z) bilden.

5. Einrichtung naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß beide Elektrodenanordnungen des kapazitiven Übertragungen organs (0) vollständig aus einem biegefesten Kunststoff bestehen und da3 die Zinken (Z) mit einem Metallbelag (B) beschichtet sind.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Metairbelegungen (B) auf den ineinandergreifenden, einande? zugewandten Zinkenflachen (Z) der beiden Elektroden (E1, E2) ungleich lang und bei der stationären Elektrode (B2) größer gewählt sind, ale bei der umlaufenden Elektrode (E1).

7· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Steuer- bzw. MeSdaten von einer Sendestation (SS) in Frequenz- bzw« Zeitmulti-

Splexverfahren über das Übertragungsorgan (0) der Empfängerstation (SS) zuführen, wobei das zu übertragende Signal jeweils ein·» Signalgeber (Sg) entsönaea und über eijass. Mediator (S) sowie über «inen Verstärker (Y) dem kapazitiven Übertraguagecrgan (0) zugeführt wird, während empfangsseitig hinter dem kapazitiven Übertragungsorgan (0) ein weiterer Verstärker (Y), ein Demodulator (SB) und eine Signalauswertung (Sa) vorgesehen sind, die ein des eendeeeitigern Signal entsprechendes empfangsseitigec Signal verausgabt, welches als Stauer- bzw. Maßeignal Steuer- bzw. Heizvorrichtungen beeinflußt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, äaS W zur gleichzeitigen Hin- und RückÜbertragung von Steuersignalen %sw. Heßdaten zwei kapazitive Übertragungsorgane (0) vorgesehen sind, von denen das eine Steuersignal» von einer ortsfesten 'vtouerstelle zum Läufer der H&schine und das andere Meßdaten vom Läufer zu eine? ortsfesten Überwachungestelle überträgt.

9· Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß auf der umlaufendem Masohinenwelle (W) einerseits und in einem Bereich des Zfeschinenstators andererseits Steuerbausteine enthaltende Beipacks befestigt sind, welohe die Modulations- und Semodulaticnsvcrriohtungon für die Daten- \ hin- und -rüokübertragung enthalten·