Rotierende Gleichrichteranordnung für die Erregung einerRotating rectifier assembly for excitation
SynchronmaschineSynchronous machine
Technisches GebietTechnical field
Rotierende Gleichrichteranordnung für die Erregung einerRotating rectifier assembly for excitation
Synchronmaschine, insbesondere eines Turbogenerators.Synchronous machine, especially a turbo generator.
Zugrundeliefender Stand der TechnikUnderlying state of the art
Rotierende Gleichrichteranordnung für die Erregung einer Syn¬ chronmaschine mit einer Wechselstromerregermaschine, deren rotierender Anker mit der Welle der Synchronmaschine gekuppelt ist, mit mindestens einem Trägerrad, an dessen Innenfläche Kühlkörper angeordnet sind, an welchen scheibenförmige Halb¬ leiterelemente, in welchen der im Anker erzeugte Wechselstrom gleichgerichtet wird, mit ihrer einen Fläche anliegen. Eine solche Anordnung ist aus den Brown Boveri Mitteilungen 1967, Seiten 539 bis 553 bekannt.Rotating rectifier arrangement for excitation of a synchronous machine with an alternating current excitation machine, the rotating armature of which is coupled to the shaft of the synchronous machine, with at least one carrier wheel, on the inner surface of which cooling elements are arranged, on which disk-shaped semiconductor elements, in which the alternating current generated in the armature is rectified, with their one surface. Such an arrangement is known from Brown Boveri Mitteilungen 1967, pages 539 to 553.
Die Erregung der Synchronmaschinen neuerer Bauart großer Lei¬ stung wird zur Vermeidung von Schleifringen und Bürsten durch Wech≤elstromerregermaschinen mit rotierender AnkerwicklungThe excitation of the synchronous machines of a more recent type of high power is used to avoid slip rings and brushes by means of AC excitation machines with a rotating armature winding
O PI /. WIPO
gespeist, wobei der im Anker der ErregermasciΪTϊe' erzeugte Drehstrom in mitrotierenden Gleichrichterdioden gleichge¬ richtet und dem Induktor der Synchronmaschine zugeführt wird. Die Gleichrichterdioden sind bei diesen bekannten 5 Konstruktionen auf an der Innenseite zweier auf der Ma¬ schinenwelle angeordneten Trägerrädern befestigten Kühl¬ körpern vorgesehen.O PI / . WIPO fed, wherein the three-phase current generated in the armature of the excitation microscope ' rectified in co-rotating rectifier diodes and fed to the inductor of the synchronous machine. In these known constructions, the rectifier diodes are provided on heat sinks fastened on the inside of two carrier wheels arranged on the machine shaft.
Bei dieser bekannten Anordnung wird die eine, dem Kühl- 0 körper zugewandte Elektrode (z.B. die Kathode) gut gekühlt während an der dem Kühlkörper abgewandten zweiten Elektro¬ de nur eine vergleichsweise geringe Wärmemenge abfließen kann. Damit ist die Belastbarkeit des Halbleiterelementes beschränkt und kann nicht die gleichen Werte erreichen, 5 wie bei stationären Anlagen, bei denen eine beidseitige direkte Kühlung leicht realisierbar ist.In this known arrangement, the one electrode facing the heat sink (e.g. the cathode) is well cooled, while only a comparatively small amount of heat can flow off at the second electrode facing away from the heat sink. The load capacity of the semiconductor element is thus limited and cannot reach the same values 5 as in stationary systems in which direct cooling on both sides can easily be achieved.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Belastbarkeit o eines Halbleiterbauelementes einer rotierenden Gleich¬ richteranordnung der eingangs erwähnten Art zu verbessern, so daß mit Halbleiterelementen gleicher Baugröße größere Ströme übertragen werden können.It is therefore the object of the invention to improve the load capacity of a semiconductor component of a rotating rectifier arrangement of the type mentioned at the outset, so that larger currents can be transmitted using semiconductor elements of the same size.
5 Offenbarung der Erfindung5 Disclosure of the Invention
Als Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschla¬ gen, daß an der zweiten Fläche der scheibenförmigen Halb¬ leiterelemente jeweils ein zweiter Kühlkörper anliegt, welcher über einen Isolierkörper am ersten Kühlkörper fe- 0 dernd gehaltert ist.As a solution to this problem, it is proposed according to the invention that a second heat sink rests on the second surface of the disk-shaped semiconductor elements, which is spring-mounted on the first heat sink via an insulating body.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorge¬ sehen, daß zwischen einer der Maschinenwelle zugewandten Randfläche des zweiten Kühlkörpers und dem Isolierkörper 5 ein Federelement angeordnet ist. Die Befestigungselemente,In a first embodiment of the invention, it is provided that a spring element is arranged between an edge surface of the second heat sink facing the machine shaft and the insulating body 5. The fasteners,
Xu, W
also Isolierkörper und Federelement, müssen nur für die Fixierung der Lager und der Zentrierung des scheibenförmigen Halbleiterelementes gegenüber den beiden Kühlkörpern dimen¬ sioniert sein. Der erforderliche Kontaktdruck zwischen den Flächen des Halbleiterelementes und den an diesem anliegen¬ den Flächen der beiden Kühlkörper wird durch die bei der Rotation auftretenden Zentrif galkräfte ausgeübt.Xu, W that is, the insulating body and the spring element only have to be dimensioned for the fixation of the bearings and the centering of the disk-shaped semiconductor element with respect to the two cooling bodies. The required contact pressure between the surfaces of the semiconductor element and the surfaces of the two heat sinks lying thereon is exerted by the centrifugal forces that occur during the rotation.
In zweckmäßiger Weise ist vorgesehen, daß das Federelement rah enförmig ausgebildet ist und mindestens zwei federnde, an die Fläche des rechteckig ausgebildeten Isolierkörpers anliegende federnde Abschnitte aufweist. Bei einer recht¬ eckigen, insbesondere quadratischen Ausführung des Kühl¬ körpers läßt sich die wirksame Kühlfläche gegenüber einer kreisförmigen Ausführung derselben vergrößern.It is expediently provided that the spring element has a rah-shaped design and has at least two resilient sections resting against the surface of the rectangularly shaped insulating body. In the case of a rectangular, in particular square, design of the heat sink, the effective cooling surface can be increased compared to a circular design thereof.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Isolier¬ körper rahmenartig im Schnitt U-förmig ausgebildet ist , wo¬ bei seine kurzen Schenkel das rahmenförmige Federelement einschließen.It is further provided according to the invention that the insulating body is U-shaped in frame-like section, its short legs enclosing the frame-shaped spring element.
Zur Vergrößerung der Oberfläche und zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist ferner vorgesehen, daß der zweite Kühl¬ körper an seiner der Maschinenwelle zugewandten Partie Rippen aufweist. Die Rippen können je nach Führung des Kühlgasstromes in Umfangsrichtung, in axialer Richtung oder auch schräg zur Maschinenachse verlaufen. Bei der letzten Ausführungsform ergibt sich eine Eigenförderung, durch welche die Kühlung besonders günstig ist.In order to enlarge the surface and to improve the heat dissipation, it is further provided that the second heat sink has ribs on its part facing the machine shaft. Depending on the guidance of the cooling gas flow, the ribs can run in the circumferential direction, in the axial direction or also at an angle to the machine axis. In the last embodiment, self-funding results, through which the cooling is particularly favorable.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß der Isolierkörper mit Aus¬ nehmungen versehen ist, in welchen in den ersten Kühlkör¬ per eingedrehte Befestigungsschrauben verlaufen. Die Aus- nehmungen können Bohrungen oder an den Ecken vorgeseheneIn a further embodiment of the arrangement according to the invention it is provided that the insulating body is provided with recesses in which fastening screws screwed into the first heat sink run. The recesses can be drilled or provided at the corners
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Aussparungen sein, in welchen die Befestigungsschrauben ver laufen.O PI Be recesses in which the fastening screws run ver.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge- sehen, daß auf der der Maschinenwelle zugewandten Fläche des Isolierkörpers ein mit Bohrungen versehener Rahmen auf¬ liegt, in welchen die in den ersten Kühlkörper eingedrehten Befestigungsschrauben eingesteckt sind.In a further embodiment of the invention it is provided that on the surface of the insulating body facing the machine shaft there is a frame provided with bores in which the fastening screws screwed into the first heat sink are inserted.
Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß der Isolier körper über Dichtelemente am ersten Kühlkörper angepreßt ist. Auf diese Weise kann der die Halbleiterelemente aufneh mende Raum vor dem Eindringen von Staub und Schmutz geschüt werden.It can be provided according to the invention that the insulating body is pressed onto the first heat sink via sealing elements. In this way, the space receiving the semiconductor elements can be protected from the ingress of dust and dirt.
Zur Zufuhr des elektrischen Stromes ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß an dem zweite Kühlkörper an der der Maschinenwelle zugewandten Seite eine der Stromableitung dienende Litze angeordnet ist.In a further embodiment of the invention, in order to supply the electrical current, it is provided that a strand which serves to conduct current is arranged on the second heat sink on the side facing the machine shaft.
Bei Maschinen mit weniger großen Leistungen kann der Iso¬ lierkörper und der zweite Kühlkörper ring- bzw. kreisförmig ausgebildet sein und zwischen beiden eine Tellerfeder ange¬ ordnet sein.In the case of machines with less high outputs, the insulating body and the second cooling body can have an annular or circular design and a disc spring can be arranged between the two.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.Further details and advantageous developments of the invention result from the exemplary embodiments described below and shown in the drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung,1 shows a section through an arrangement according to the invention,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Figur 1,2 shows a detail from FIG. 1,
OM IP
Fig. 3 eine Ansicht auf die" Anordnung nach r*fgur 2 von der Maschinenwelle her gesehen,OM IP 3 is a view of the " arrangement according to r * fgur 2 seen from the machine shaft,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante zur Anordnung nach Figur 2,4 shows an embodiment variant for the arrangement according to FIG. 2,
Fig. 5 eine AusführungsVariante zur Anordnung nach Figur 4.5 shows an embodiment variant for the arrangement according to FIG. 4.
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
In den Zeichnungen ist jeweils mit 1 das im Längsschnitt L-förmig bzw. T-förmig gestaltete Trägerrad bezeichnet. Die Maschinenwelle und der Anker der Wechselstromerreger¬ maschine sind nicht dargestellt.In the drawings, 1 denotes the carrier wheel which is L-shaped or T-shaped in longitudinal section. The machine shaft and the armature of the AC exciter are not shown.
Mit 2 ist ein an der Innenfläche des Trägerrades 1 ange¬ ordneter erster Kühlkörper und mit 3 das scheibenförmige Halbleiterelement bezeichnet. Es liegt mit seiner einen Elektrodenfläche 31 (z.B. der Kathode) an einer ebenen Fläche des Kühlkörpers 2 an. Die zweite Elektrodenfläche2 denotes a first heat sink arranged on the inner surface of the carrier wheel 1 and 3 denotes the disk-shaped semiconductor element. With its one electrode surface 31 (e.g. the cathode) it lies against a flat surface of the heat sink 2. The second electrode surface
32 (z.B. die Anode) liegt an einer ebenfalls ebenen Fläche 41 des zweiten Kühlkörpers 4 an. Dieser Kühlkörper ist rechteckig ausgebildet und weist in seiner der Maschinen¬ welle zugewandten Partie Rippen 41 auf. Weiter weist der zweite Kühlkörper 4 an seiner äußeren Partie eine der Ma¬ schinenwelle zugewandte ebene Fläche 42 auf. Zwischen Iso¬ lierkörper 5 und ersten Kühlkörper 2 befindet sich bei Be¬ darf eine elastische Zwischenlage 11. Zur Zuführung des elektrischen Stromes ist eine am weiteren Kühlkörper 4 an- geordnete Litze 9 vorgesehen, welche in radialer Richtung aus dem Kühlkörper 4 herausragt.32 (e.g. the anode) rests on a likewise flat surface 41 of the second heat sink 4. This heat sink is rectangular and has ribs 41 in its part facing the machine shaft. Furthermore, the second heat sink 4 has on its outer part a flat surface 42 facing the machine shaft. If necessary, an elastic intermediate layer 11 is located between the insulating body 5 and the first cooling body 2. A strand 9, which is arranged on the further cooling body 4 and protrudes from the cooling body 4 in the radial direction, is provided for supplying the electrical current.
Auf der ebenen Fläche 42 liegt bei der Anordnung nach den Fig. 2 und 3 ein rahmenförmiges gewölbtes Federelement 7 und auf diesem ein rechteckiger Isolierkörper 5.3 auf,In the arrangement according to FIGS. 2 and 3, a frame-shaped curved spring element 7 and on this a rectangular insulating body 5.3 rests on the flat surface 42,
- TSmEÄ7 OMPI ,, IPO
dessen Seitenteile im Längsschnitt U-förmig gestaltet sind womit sich ein kastenartiges Gebilde mit einem rechteckige Ausschnitt ergibt, aus welchem der Kühlkörper 4 herausragt Der Isolierkörper 5.3 ist an seinen Ecken mit Ausnehmungen 51 versehen, in welchen in den ersten Kühlkörper 2 einge¬ drehte Befestigungsschrauben 8 verlaufen. In den Fig. 2 un 3 sind die Ausnehmungen als Bohrungen dargestellt; sie kön nen jedoch auch als offene Aussparungen ausgebildet sein, in welchen die Befestigungsschrauben 8 verlaufen. Die Be- festigungsschrauben 8 greifen in entsprechende Gewindelöch ein, welche im Kühlkörper 2 eingeschnitten sind. Der erwäh te Isolierkörper 5.3 besteht entweder aus einem druckfeste Keramikmaterial oder aus einem temperaturbeständigen glas¬ faserverstärkten Kunststoff.- TSmEÄ7 OMPI ,, IPO the side parts of which are U-shaped in longitudinal section, resulting in a box-like structure with a rectangular cut-out, from which the heat sink 4 protrudes run. 2 and 3, the recesses are shown as bores; however, they can also be designed as open recesses in which the fastening screws 8 run. The fastening screws 8 engage in corresponding threaded holes which are cut in the heat sink 2. The mentioned insulating body 5.3 consists either of a pressure-resistant ceramic material or of a temperature-resistant glass fiber reinforced plastic.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 weist der IsolierkörpeIn the embodiment according to FIG. 4, the insulating body has
5.4 keine Ausnehmungen auf. Er wird durch ein rahmenförmig Bauelement 6, welches an seinen Ecken mit Ausnehmungen ver sehen ist, mittels Befestigungsschrauben 8, welche in ent- sprechende Gewindelöcher des Kühlkörpers 2 eingedreht sind gegen den Kühlkörper 2 angepreßt. Der Isolierkörper 5.4 liegt dabei über Dichtelemente 10 'an dem Kühlkörper 2 an.5.4 no recesses. It is pressed against the heat sink 2 by a frame-shaped component 6, which is seen at its corners with recesses, by means of fastening screws 8, which are screwed into corresponding threaded holes in the heat sink 2. The insulating body 5.4 rests on the cooling body 2 via sealing elements 10 '.
Bei der Fig. 5 ist im Gegensatz zu der Fig. 4 der Isolier- körper 5.5 in radialer Richtung kürzer ausgebildet, so daß dieser nicht an dem Kühlkörper 2 anliegt. Dadurch wird ver mieden, daß er einer Biegungsbeanspruchung ausgesetzt ist, so daß auf eine elastische Zwischenlage ganz verzichtet we den kann.In contrast to FIG. 4, the insulating body 5.5 in the radial direction is shorter in FIG. 5, so that it does not abut the cooling body 2. This avoids ver that he is exposed to bending stress, so that we can do without an elastic intermediate layer.
Gewerbli che VerwertbarkeitCommercial usability
Die Erfindung wird angewandt für die Erregereinrichtung vo Synchronmas chinen , insbesondere von Turbogener atoren für d Er zeugung elektris cher Energie .The invention is applied to the excitation device of synchronous machines, in particular of turbogenerators for the generation of electrical energy.
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