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Trockengleichrichteranordnung für die Erregung eines elektrischen
Generators Die Erfindung betrifft eine Trockengteichrichteranordnung für die Erregung
elektrischer Generatoren, insbesondere für die Erregung von Turbogeneratoren. Hierfür
wurden bisher stets Gleich stromerregermaschinen verwendet, die entweder auf der
Welle des Turbogenerators sitzen: (Eigenerregung) oder getrennt aufgestellt werden
und damit von der Drehzahl der Hauptmaschine unabhängig sind (Fremderregung). In
vereinzelten Fällen wurde bei Fremderregung die Erregermaschine durch Gleichrichter
ersetzt, welche gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Transformators die
Wechselspannung eines Hilfsnetzes oder die des Hauptgenerators gleichrichteten.
Bei Eigenerregung hat der Komtnutator der Erregermaschine eine hohe Umlaufgeschwindigkeit,
die häufig . zu den bekannten Schwierigkeiten hinsichtlich der Bürsten und der Kommutatoroberfläche
führt. Außerdem muß der Erregergteichstrom noch über besondere Schleifringe von
dem ruhenden Bürstenapparat zum Läufer des Hauptgenerators geführt werden. Die Erfindung
ermöglicht es, für die im allgemeinen vorzuziehende Eigenerregung eine Wechselstrom-
oder Drehstromerregermaschine zu verwenden und dadurch die oben gegebenen Schwierigeiten
zu vermeiden. Das Wesen der neuen Lösung besteht darin, daß die zur Gleichrichtung
des aus derErregermaschine entnommenen Wechselstroms dienendenTrockengleichrichter
mit der N-laschinenwelle umlaufen. Diese Anordnung
führt zu besonders
einfachen Ausführungen, wenn für die Wechselstrom- oder Drehstromerregermaschine
die an sich bekannte, aber sonst nicht übliche Ausführung mit Außenpolen benutzt
wird, also die Ausführung, bei der der Wechselstrom oder Drehstrom vom Läufer geliefert
wird. Die Verwendung dieser Maschinenart führt hier nicht zu Schwierigkeiten, weil
die hier benötigte Leistung und Spannung verhältnismäßig niedrig sind. Die Verwendung
dieser Maschinenart hat in Verbindung mit der Verwendung von umlaufenden Trockengleichrichtern
den Vorteil, daß im Gesamerregerkreis, also vom Läufer der Erregermaschine bis,
zu den Erregerwicklungen der Hauptmaschine, Schleifringe fortfallen. Es ist dabei
auch möglich, falls die ,Ausführung der Hauptmaschine es erfordert (z. B. Flüssigkeitskühlung
der Induktorstäbe) mit extrem niedrigen Erregerspannungen von nur wenigen Volt und
sehr hohen Erregerströmen von mehreren iooo A zu arbeiten, was bei Gleichstromerregerma
schinen zu sehr schwierigen Kommutatorverhältnissen führen würde.
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Für die Gleichrichtung kann je nach den Spannungs- und Stromverhältnissen
eine der bekannten Trockengleichrichterschaltungen verwendet werden. Im allgemeinen
wird man die Drehstrombrückenschaltung oder bei besonders niedriger Spannung die
Stern.- oder Doppelstern;schaltung wählen. Da die Gleichrichter im Betrieb umlaufen,
läßt sich eine gute Kühlung der Gleichrichter herbeiführen. Es kommt hierfür einmal
eine Luftkühlung, aber ellenso auch eine Flüssigkeitskühlung in Betracht.
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Die 7,eichnun.g veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele; es zeigt
Fig. i und 2 je ein Beispiel für die örtliche Unterbringung der Trockengleichrichteranordnung
auf der Maschinenwelle, Fig. 3 und 4 in einem Längsschnitt bzw. in eitler Stirnansicht
ein Ausführungsbeispiel für die Ausbildung der eigentlichen Trockengleichrichteränordnung,
Fig.5 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 3 und 4, Fig. 6, 7 und 8 ein weiteres
Ausführungsbeispiel für dieAusbildung der eigentlichenTrockengleichrichteranordnung,
und zwar in einem Längsschnitt bzw. in einer Draufsicht bzw. in: einer Stirnansicht,
*Fig. 9 und io in einerStirnansicht bzw. in einem Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
Fig. i i und 12 je eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 9 und io, Fig. 13, 14
und 15 ein Ausführungsbeispiel mit Flüssigkeitskühlung, und zwar in einer Stirnansicht,
teilweise im Schnitt bzw. in einer vergrößerten Stirnansicht bzw. in einem Längsschnitt.
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Bei der Ausführung nach Fig. i ist bei i der Läufer oder in anderer
Bezeichnung der Induktor des Hauptgenerators, bei 2 die Maschinenwelle, bei 3 ein
Lager der Maschinenwelle, bei 4 die Erregermaschine und bei 5 die Gleichrichteranord,-nung
dargestellt. Es soll durch Fig. i lediglich veranschaulicht werden, daß die Gleichrichteranordnung
z. B. zwischen dem Induktor i und dem Lager 3 auf der Maschinenwelle 2 angebracht
werden kann. Die Maschinenwelle 2 besitzt bei 2a eine axiale Bohrung zur Hindurchführung
der im folgenden noch bezeichneten elektrischen Verbindung. Die Erregermaschine
4 ist eine Wechselstrom-; oder Drehstrommaschine mit Außenpolen. Der von der Maschine
gelieferte Wechselstrom wird aber vom Läufer der Maschine abgenommen und.über eine
durch die Bohrung 2a hindurchgeführte Leitung 6 der Gleichrichteranordnung 5 zugeleitet.
Der gleichgerichtete Erregerstrom wird über die Leitung 7 dem Induktor i zugeführt.
Wie man sieht, ermöglicht es also die mit der Maschinenwelle umlaufende Gleichrichteranordnung
5, eine Eigenerregung ohne Kommutator und Schleifringe zu erzielen.; was, wie schon
gesagt, den weiteren Vorteil mit sich bringt, daß man mit sehr großen Erregerströmen
arbeiten kann.
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Die Ausführung nach Fig.2 unterscheidet sich von der nach Fig. i im
wesentlichen nur dadurch, daß die Gleichrichteranordnung 5 zwischen dem Lager 3
und der Erregermaschine 4 auf der Maschinenwelle 2 angebracht ist. Ob man die örtliche
Lage der Gleichrichteranordnung gemäß Fig. i oder gemäß Fig.2 wählt, richtet, sich
nach kon struktiven Gesichtspunkten. Fig. i und 2 lassen erkennen, daß es noch weitere
Möglichkeiten hinsichtlich der Reihenfolge der Elemente 3, 4, 5 gibt.
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Fig. 3 und 4 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau
der Gleichrichteranordnung selbst. Bei dieser Ausführung sind zur Halterung der
einzelnen Gleichrichterplatten auf der Maschinenwelle 2 zwei Scheiben 8 und 9 angebracht,
die in der Nähe ihrer Nahen mit Durchbrechungen 8a bzw. 9a versehen sind,, wie das
insbesondere Fig. 4 ,erkennen läßt. Die Scheiben erhalten auf diese Weise eine radförmige
Gestalt. Die einzelnen Trockengleichrichterplatten io sind zwischen den Außenkränzen
der Scheiben 8 und 9 an diesen befestigt, so daß sich ein Gesamtgebilde nach Art
eines Fliehkraftlüfters ergibt, bei dem die zu kühlenden Gleichrichterplatten io
zugleich die Schaufeln des Lüfterrades bilden. Man erzielt so eine besonders wirksame
Kühlung der Gleichrichterscheiben. Die Luft wird durch die öffnungen 8a, 9a in axialer
Richtung angesaugt und in radialer Richtung zwischen den Gleichrichterlilatten io
hindurchgefördert. Die Richtung des Kühlluftstromes ist durch Pfeile angedeutet.
Mit Rücksicht auf die mechanische Beanspruchung der Gleichrichterplatten io empfiehlt
es sich, diese mit verstärkter Grundelektrode und/oder mit Beilageplatten, die zur
mechanischen Versteifung dienen, zu versehen.
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Fig.5 stellt eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 4 dar. In dieser
Abwandlung nach Fig. 5 sind- die einzelnen Gleichrichterplatten io nicht radial,
sondern, ähnlich wie bei einem Lüfter, schräg gestellt; statt dessen oder zusätzlich
können Sie Gleichrichterplatten auch gebogen werden. Dadurch wird eine günstigere
Lüfterwirkung erzielt.
Die Befestigung der Gleichrichterplatten
io an den Scheiben 8 und 9 (Fig. 3, 4,5) muß isoliert erfolgen, oder es müssen die
Scheiben 8 und 9 selbst aus Isolierstoff bestehen. Ist die Spannung so niedrig,
daß eine Reihenschaltung der Trockengleichrichterplatten nicht erforderlich ist,
so können die Grundelektroden der Gleichrichterplatten leitend miteinander verbunden
werden, am einfachsten dadurch, (.aß sie mit den Scheiben 8 und 9 elektrisch und
mechanisch fest verbunden werden. Das hat zugleich den Vorteil, daß die Kontaktscheiben
oder sonstigen Elemente, die zur elektrischen Verbindung der Deckelelektroden der
einzelnen Gleichrichterplatten miteinander dienen, von jeder mechanischen Belastung
befreit sind. Auf die Schaltungseinzelheiten der Gleichrichteranordnung braucht
nicht eingegangen zu werden. Es ist selbstverständlich, daß die Scheiben 8 und 9,
wenn sie zur elektrischen Zuleitung herangezogen werden, gegenüber der Welle 2 zu
isolieren sind. Ebenso kann es je nach der gewählten Schaltung notwendig werden,
die Scheiben 8 und 9 in mehrere elektrisch voneinander getrennte Segmente zu unterteilen.
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Die Darstellung nach Fig. 3, 4 und 5 will nur den grundsätzlichen
:'1ufl)au angeben. Es empfiehlt sich, die aus den Teilen ,8,9 und io bestehende
Einheit, die zugleich das Lüfterrad für die Kühlung der Gleichrichterplatten io
bildet, nach strömungstechnischen Gesichtspunkten auszugestalten. So kann die aus
den Teilen 8, 9 und io bestehende Einlieft durch ein zusätzliches Lüfterrad ergänzt
werden, das ebenfalls finit der Maschinenwelle 2 verbunden wird. Dieses Lüfterrad
würde lediglich eine radiale Erweiterung der Scheiben 8 und 9 und der Platten to
darstellen, wobei die radiale Verlängerung der Platten io durch eingesetzte Blindscheiben
erfolgen kann.
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Die Anordnung der Gleichrichterplatten io und der sie haltenden Teile
kann auch so erfolgen, daß die Kühlluft in Richtung der Maschinenwelle durch die
Gleichrichterscheihe hindurchstreicht. Eine Ausführung dieser Art ist in den Fig.
6 bis 8 veranschaulicht. Die hier mit 20 bezeichneten Gleichrichterscheiben sind
in axialer und radialer Ausrichtung zur Maschinenwelle 2 angeordnet und zwischen
zwei koaxialen Zylindern 21 und 22 befestigt. Die Kühlluft wird durch zwei an den
Stirnseiten der Einheit 20, 21, 22 sitzende Schaufelräder 23 und 24 durch das Gleichrichterrad
20, 21, 22 hindurchgefördert. Die drei Räder können so miteinander verbunden werden,
daß die Beiden äußeren Räder 23 und 24 das Gleichrichterrad halten, so daß die Gleichrichterscheihen
20 mechanisch entlastet werden. Um eine möglichst ein-Wandfreie Luftführung zu erzielen,
können die Gleichrichterplatteii 2o auch axial etwas schräg gestellt werden. Noch
günstiger wäre eine axiale und raidiale Schrägstellung der Gleichrichterpla.tten
bei der jedoch die Gleichrichterplatten windschief verwunden sein müßten.
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Die Fig.9 und io veranschaulichen eine Ausführung, bei der die hier
mit 30 bezeichneten Gleichrichterplatten - senkrecht zur Maschinenwelle 2 angeordnet
sind. Die Kühlluft wird durch ein radial wirkendes hüfterrad 31 angesaugt und durchströmt
in radialer Richtung die Gleichrichterplatten. Um die Gleichrichter herum kann ein
zweites 1"üfterrad 32 angeordnet werden, das ebenfalls mit der Maschinenwelle 2
mittelbar oder unmittelbar verbunden ist. In Fig.9 und io sind sechs getrennte Gleichrichterpakete
abgebildet, die aus rechteckigen Gleichrichterplatten aufgebaut sind. Zur besseren
Raumausnutzung können die Gleichrichterplatten bzw. Gleichrichterpakete auch trapezförmig
-oder entsprechend Fig. i i und 12 ringsegmentförmig ausgebildet werden. In Fig.
11 sind die Gleichrichterpakete mit 30' und in Fig. 12 mit 30" bezeichnet.
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Wie schon oben erwähnt ist, kann statt eine Luftkühlung auch eine
Flüssigkeitskühlung für die Gleichrichterplatten benutzt werden.In denFig. 13 his
15 ist mehr oder weniger schematisch ein Ausführungsbeispiel dieser Art dargestellt.
Geinäß Fig. 13 umfaßt die Gleichrichteranordnung drei je über 120' sich erstreckende
ringsegmentförmige geschlossene Gehäuse 4o, die, wie in Fig. 13 angedeutet, durch
einen Schrumpfring 41 mit der Maschinenwelle 2 verbunden sind. Unter Umständen genügen
auch ringförmig die Welle umfassende gemeinsame Stirnabschlußsch,eiben, wie in Fig.
15 bei 46 angedeutet, für die Befestigung auf der Welle. In der Kammer des einzelnen
Gehäuses 40 sind die in Fig. 13 und 14 mit 42 bezeichneten Gleichrichterplatten
zur Maschinenwelle 2 radial und axial ausgerichtet.
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Die Unterteilung der Gleichrichteranordnung in drei Gruppen mit je
einem geschlossenen Gehäuse 4o kommt dann in Betracht, wenn die Gleichrichterscfaltung
als Sternschaltung ausgebildet wird" wie das bei kleinen Spannungen möglich ist.
Es ist ersichtlich, daß auch eine andere Unterteilung erfolgen kann; so würden sich
z. B. bei der Drehstrombriickenschaltung sechs Gleichrichtergruppen ergeben.
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Wie Fig. 14 erkennen läßt, empfiehlt es sich, die Gleichrichterplatten
so anzuordnen, daß jeweils zwei Platten mit den Grundelektroden in unmittelbarem
Kontakt miteinander gebracht sind und z. B. durch Bolzen zusammengehalten werden,
so daß also die Kontaktseiten außen liegen. Die Parallelschaltung der Gleichrichter
eines Schaltungszw-eigts kann durch leitende Verbindung der Platten 42 mit dem Gehäuse
4o bzw. durch entsprechendes Zusammenschalten der hinausgeführten Anschlüsse 43
erfolgen.
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Die Kühlung der Gleichrichter wird dadurch erreicht, daß die Kühlflüssigkeit
am einen Ende des einzelnen Gehäuses 4o hineinged:rückt und am anderen Ende abgeführt
wird. Die Anordnung kann im einzelnen entsprechend der Fig. i5 ausgebildet sein,
wonach über das Rohr 44 die Kühlflüssigkeit zugeführt und über das Rohr45 abgeführt
Wird. Die Zuführung der Kühlflüssigkeit kann über eine BohrUng 2° der Maschinenwelle
2 erfolgen. Der Druck, mit dem .die Flüssigkeit in den Behälter 4o hinein-