WO1979000578A1 - Rotating rectifying device for the excitation of a synchronous machine - Google Patents

Rotating rectifying device for the excitation of a synchronous machine Download PDF

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K Jaeger
R Fischl
P Roesch
H Wambsganss
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Bbc Brown Boveri & Cie
K Jaeger
R Fischl
P Roesch
H Wambsganss
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Definitions

  • Synchronous machine especially a turbo generator.
  • 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.
  • the one electrode facing the heat sink e.g. the cathode
  • the one electrode facing the heat sink 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.
  • 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.
  • a spring element is arranged between an edge surface of the second heat sink facing the machine shaft and the insulating body 5.
  • 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.
  • 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.
  • the effective cooling surface can be increased compared to a circular design thereof.
  • the insulating body is U-shaped in frame-like section, its short legs enclosing the frame-shaped spring element.
  • the second heat sink has ribs on its part facing the machine shaft.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • a strand which serves to conduct current is arranged on the second heat sink on the side facing the machine shaft.
  • 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.
  • FIG. 1 shows a detail from FIG. 1
  • OM IP 3 is a view of the " arrangement according to r * fgur 2 seen from the machine shaft,
  • FIG. 4 shows an embodiment variant for the arrangement according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows an embodiment variant for the arrangement according to FIG. 4.
  • 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.
  • the second heat sink 4 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.
  • the second heat sink 4 has on its outer part a flat surface 42 facing the machine shaft.
  • an elastic intermediate layer 11 is located between the insulating body 5 and the first cooling body 2.
  • the mentioned insulating body 5.3 consists either of a pressure-resistant ceramic material or of a temperature-resistant glass fiber reinforced plastic.
  • the insulating body has
  • 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.
  • 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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Description

Rotierende Gleichrichteranordnung für die Erregung einer
Synchronmaschine
Technisches Gebiet
Rotierende Gleichrichteranordnung für die Erregung einer
Synchronmaschine, insbesondere eines Turbogenerators.
Zugrundeliefender Stand der Technik
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.
Die Erregung der Synchronmaschinen neuerer Bauart großer Lei¬ stung wird zur Vermeidung von Schleifringen und Bürsten durch Wech≤elstromerregermaschinen mit rotierender Ankerwicklung
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.
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.
Aufgabe der Erfindung
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.
5 Offenbarung der Erfindung
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.
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,
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.
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.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Isolier¬ körper rahmenartig im Schnitt U-förmig ausgebildet ist , wo¬ bei seine kurzen Schenkel das rahmenförmige Federelement einschließen.
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.
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 vorgesehene
O PI Aussparungen sein, in welchen die Befestigungsschrauben ver laufen.
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.
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.
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.
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.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Figur 1,
OM IP Fig. 3 eine Ansicht auf die" Anordnung nach r*fgur 2 von der Maschinenwelle her gesehen,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante zur Anordnung nach Figur 2,
Fig. 5 eine AusführungsVariante zur Anordnung nach Figur 4.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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.
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 Elektrodenfläche
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.
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,
- 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.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 weist der Isolierkörpe
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.
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.
Gewerbli che Verwertbarkeit
Die Erfindung wird angewandt für die Erregereinrichtung vo Synchronmas chinen , insbesondere von Turbogener atoren für d Er zeugung elektris cher Energie .
O

Claims

A n s p r ü c h e
1. Rotierende Gleichrichteranordnung für die Erregung einer Synchronmaschine mit einer Wechselstromerregermaschi¬ ne, deren rotierender Anker mit der Welle der Synchronma- schine gekuppelt ist, mit mindestens einem Trägerrad, an dessen Innenfläche Kühlkörper angeordnet sind, an welchen scheibenförmige Halbleiterelemente, in welchen der im Anker erzeugte Wechselstrom gleichgerichtet wird, mit ihrer einen Fläche anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Fläche (32) der scheibenförmigen Halbleiterelemente (3) je¬ weils ein zweiter Kühlkörper (4) anliegt, welcher über einen Isolierkörper (5) am ersten Kühlkörper (2) federnd gehaltert ist .
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer der Maschinenwelle zugewandten Randfläche (42) des zweiten Kühlkörpers (4) und dem Isolierkörper (5) ein Federelement (7) angeordnet ist. (Fig. 2)
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (7) rahmenförmig ausgebildet ist und mindestens zwei federnde, an die Fläche (42) des rechteckig ausgebildeten Isolierkörpers (5) anliegende federnde Ab¬ schnitte aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (5) rahmenartig im Schnitt U-förmig ausgebildet ist, wobei seine kurzen Schenkel das rahmen- förmige Federelement (7) einschließen.
O PI
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurc gekennzeichnet, daß der zweite Kühlkörper (4) an seiner de Maschinenwelle zugewandten Partie Rippen (41) aufweist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen in Umfangsrichtung verlaufen.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen des Kühlkörpers in axialer oder in schräger Richtung zur Maschinenachse verlaufen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurc gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (5) mit Ausnehmungen (51) versehen ist, in welchen in den ersten Kühlkörper (2) eingedrehte Befestigungsschrauben verlaufen. (Fig. 2)
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurc gekennzeichnet, daß auf der der Maschinenwelle zugewandten Fläche des Isolierkörpers (5) ein mit Bohrungen versehener Rahmen (6) aufliegt, in welchen die in den ersten Kühlkör¬ per (2) eingedrehte Befestigungsschrauben (9) eingesteckt sind. (Fig. 4 und 5)
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (5) über
Dichtelemente (10) am ersten Kühlkörper (2) angepreßt ist.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem zweiten Kühlkörper an der der Maschinenwelle zugewandten Seite eine der Stromab¬ leitung dienende Litze (9) angeordnet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (5) und der zweite Kühlkörper (4) ring- bzw. kreisförmig ausgebildet sind und zwischen beide eine Tellerfeder angeordnet ist.
Λ,
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AT (1) AT364415B (de)
DE (1) DE2804348C2 (de)
GB (1) GB2036455B (de)
NL (1) NL187220C (de)
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