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Anordnung von Halbleitergleichrichtern auf der rotierenden Welle elektrischer
Maschinen Das Patent 1068 817 bezieht sich auf die Anordnung von Halbleitergleichrichtern
auf einer rotierenden Welle, insbesondere zur Erregung von Wechselstromgeneratoren,
bei der die wirksamen Gleichrichterschichten der Gleichrichterelemente an einem
ringförmigen, mit der Welle verbundenen Trägerkörper gehalten sind. Dabei sind die
wirksamen Gleichrichterschichten, tangential liegend, mittels an dem ringförmigen
Trägerkörper abgestützter Gleichrichterpatronen so angeordnet, daß die wirksamen
Fliekhräfte senkrecht zur Schichtebene wirken und auf der gesamten Schichtfläche
auf die Gleichrichterpatronen übertragen werden. Diese Anordnung hat den großen
Vorteil, die Fliehkraftbeanspruchungen in den wirksamen Gleichrichterschichten besonders
gering zu halten und eine hohe Betriebssicherheit der Gleichrichter auch bei sehr
hohen Geschwindigkeiten sicherzustellen.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung der im Hauptpatent
unter Schutz gestellten Anordnung und besteht darin, die vorerwähnte, den Gegenstand
des deutschen Patents 1068 817 bildende Gleichrichteranordnung unmittelbar
an dem den Primärstrom der- Gleichrichter liefernden Generator anzuwenden, indem
der Gleichrichterträgerring gleichzeitig als Stützring für die Läuferwickelköpfe
des Gleichrichtergenerators verwendet wird. Diese Anordnung bietet den besonderen
Vorteil, daß die Gleichrichterelemente den sie speisenden Wicklungszweigen des Gleichrichters
in einer solchen Weise zugeordnet werden können, daß sich bezüglich der Leitungsführung
die günstigsten Verhältnisse ergeben. Der Erfindungsgedanke hat auch den Vorzug,
daß so gut wie kein zusätzlicher Raum für die Gleichrichteranordnung erforderlich
ist, da der unter den Wickelköpfen der Maschine ohnehin vorhandene Raum für die
Gleichrichteranordnung ausgenutzt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung macht es
möglich, eine größere Anzahl von Gleichrichterelementen innerhalb der Maschine unterzubringen,
wobei die Wickelkopfräume auf beiden Seiten der Maschine für die Gleichrichteranordnung
herangezogen werden. Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Erfindungsgedanke
auch bei Anwendung von Doppelsternschaltungen mit Saugdrosselspule angewendet werden,
wobei die Saugdrosselspule ebenfalls unmittelbar neben den Gleichrichtern in dem
Wickelkopfraum vorgesehen wird.
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Die Erfindung sowie zahlreiche Einzelheiten, die sich bei Anwendung
des Erfindungsgedankens für verschiedene Gleichrichterschaltungen ergeben, sollen
näher an Hand der Zeichnung erläutert werden: Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch
eine als Erregermaschine, beispielsweise für einen Turbogenerator ausgebildete Wechselstromerregermaschine.
1 bedeutet die Welle, die das Eisenblechpaket 2 trägt. Der mit Einzelpolen oder
einer verteilten Erregerwicklung versehene Ständer ist zur Vereinfachung in der
Zeichnung nicht wiedergegeben. 3 ist die induzierte Ankerwicklung. Die Wickelköpfe
3 a sind unter Zwischenschaltung einer Isolierung 4 auf dem Stützring 5 abgestützt,
der durch eine Isolierschicht 6 gegenüber dem Eisenblechpaket und der Welle 1 isoliert
ist. Der Ring 5 ist gleichzeitig erfindungsgemäß als Trägerring für die Gleichrichterpatronen
7 ausgebildet. 8 bedeutet die Stromzuleitung, mit der die eine Klemme der Gleichrichterpatrone
an die zugeordnete Phase der Wechselstromwicklung 3 angeschlossen ist. Die zweite
Klemme der Gleichrichterpatrone 7 ist direkt mit dem stromleitenden Trägerring 5
verbunden. 9 ist eine an den Trägerring 5 angeschlossene, ein positives Potential
führende Stromleitung und 10 die direkt mit der beispielsweise in Sternschaltung
angeordneten Maschinenwicklung verbundene negative Ableitung. Zweckmäßiger-weise
kann die Leitung 10 ebenso wie die Leitung 9 isoliert in einer Wellennut oder einer
Isolierbuchse geführt werden. Man erkennt, daß bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.
1 die Zuleitung 8 zwischen Wicklung und Gleichrichterpatrone außerhalb des aus Stahl
od. dgl. bestehenden Trägerringes 5
verlegt- ist, wodurch Verluste
durch Ummagnetisierung in dem Trägerring vermieden werden. Selbstverständlich ist
über den Umfang des Trägerringes verteilt eine Anzahl von Gleichrichterelementen
vorhanden. Die Zahl der Gleichrichterelemente ergibt sich hierbei aus der Wicklungsschaltung
der Maschine bzw. Gleichrichterschaltung. -.
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Fig. 2 der Zeichnung gibt eine etwas abgeänderte Ausführungsform wieder,
bei der der Trägerring 5 in einen unmagnetischen zylindrischen Ringteil 5 a und
in den auf der Welle sitzenden, zur Abstützung dienenden Ringteil 5 b aus magnetischem
Material zerlegt ist. Bei dieser Anordnung ist die Stromzuleitung 8 von der Wicklung
3 zu der Gleichrichterpatrone 7 direkt durch eine Bohrung 11 in dem Ringteil 5a
geführt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung bietet ohne weiteres die Möglichkeit,
beim Vorhandensein größerer Ströme die einzelnen Phasenwicklungen in mehrere parallele
Wicklungszweige aufzulösen. Eine entsprechende Schaltung gibt Fig. 3 der Zeichnung
wieder. In dieser Figur bedeuten 3 a1, 3 bi, 3 a2, 3 b2, 3 a3, 3 b3 die in parallele
Zweige aufgelösten Phasenwicklungen. Jedem Wicklungszweig ist ein besonderer Gleichrichter
7a1, 7 b1 bzw. 7a2, 7b2 bzw. 7a3, 7b3 zugeordnet. Die positive Stromableitung
wird bei dieser Schaltung wieder, wie aus den vorangehenden Figuren ersichtlich
ist, durch den Trägerringkörper 5 (Fig. 1) gebildet, während mit dem Wicklungssternpunkt
die negative Wicklungsableitung 8 verbunden ist.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichteranordnung
mit Saugdrosselschaltung. Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 sind die Sternpunktleitungen
der Maschinenwicklung über die Leitungen 12, 13 mit einer Saugdrossel 14 verbunden,
die beispielsweise als Ringdrossel ausgeführt ist und ebenfalls in dem Raum zwischen
Wickelköpfen und Welle innerhalb des Wickelkopf- bzw. Gleichrichterträgers unter
Zwischenschaltung isolierender Teile 16 eingeschaltet ist. 17 bedeutet bei der Anordnung
nach Fig. 4 die negative Stromableitung, die ebenfalls von der Welle sowie den übrigen
Teilen der Maschine isoliert ist. Mit 18 ist in dieser Figur noch die positive Stromzuleitung
angedeutet, die auf der Welle um 180° gegenüber der negativen Zuleitung versetzt
ist und mit dem Gleichrichterträgerkörper über die Stromzuführungslasche 18a verbunden
ist.
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Wie bereits angedeutet war, ist es ohne weiteres möglich, bei der
erfindungsgemäßen Anordnung auf beiden Seiten der Maschine Gleichrichtergruppen
vorzusehen. Fig. 5 zeigt die entsprechende Anordnung, die nach dem Vorangehenden
ohne weiteres verständlich sein dürfte. Fig.5 bezieht sich dabei auf eine Sechsphasensaugdrosselschaltung,
wie sie beispielsweise die Fig.6 der Zeichnung wiedergibt. Die Phasenwicklungen
30a bis 30 f sind bei dieser Anordnung zweifach in Stern geschaltet. Die Wicklungsenden
der Phasenwicklungen 30a, 30c und 30e sind durch auf der rechten Seite
der Maschine angeordnete Gleichrichter 71 a, 71 c, 71 e an den unterteilten
Trägerring 51 angeschlossen, der mit der positiven -Stromableitung 90 auf der Maschinenwelle
leitend verbunden ist. Die linken Wicklungsenden der Phasenwicklungen 30a, 30c und
30e sind über die Sternleitung 81 auf der linken Seite der Maschine miteinander
verbunden. Die Sternleitung 81 ist dabei entlang der Welle zu der in Stromteilerschaltung
angeordneten Saugdrosselspule 14 auf der rechten Maschinenseite geführt, welche
innerhalb des Trägerringes 51 unterhalb der Wickelköpfe der Maschine liegt. In analoger
Weise sind die Phasenwicklungen 30b, 30d und 30f
über die Gleichrichter
71 b, 71 d, 71 f an den als Stromableitung dienenden Trägerring 52 angeschlossen,
der ebenfalls mit der positiven, an der Welle entlanggeführten Stromableitung 90
verbunden ist. Auf der rechten Maschinenseite ist die Sternpunktverbindung 82 der
Wicklungen 30 b, 30 d und 30 f mit der anderen Außenklemme der Saugdrosselspule
14 verbunden, von welcher der Strom über die Mittelableitung 91 abgeführt werden
kann.
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Mit 60 sind in Fig. 5 noch Zwischenisolierungen bezeichnet, durch
die einzelnen spannungsführenden Leiter gegenseitig in der erforderlichen Weise
isoliert werden. Um die Leitungen 81, 90 außerhalb des wirksamen Eisenblechpaketes
führen zu können, empfiehlt es sich, wie in Fig. 5 a angedeutet ist, das Blechpaket
bzw. die einzelnen Bleche mit Aussparungen 99 zu versehen, die den erforderlichen
Raum für die Unterbringung der Leitungen 81, 90 frei lassen.
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Die Anordnung der Gleichrichter auf beiden Seiten der Maschine kann
selbstverständlich auch bei anderen Schaltungen Anwendung finden, beispielsweise
bei einer Mehrfachparallelschaltung für ein Dreiphasensystem, wie es in Fig. 7 der
Zeichnung wiedergegeben ist. Die Schaltung nach Fig. 7 entspricht weitgehend der
der Fig. 3, jedoch sind die den parallelen Zweigen der Phasenwicklungen 3 a1 3 bi
- 3 a3, 3 b3 zugeordneten Gleichrichter 7 a1, 7 b1 - 7 a3, 7 b3 abwechselnd auf
beiden Seiten der Maschine angeordnet.
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Fig. 8 gibt eine weitere Ausführungsform einer sechsphasigen Saugdrosselschaltung
mit Anordnung der Sternpunkte auf einer Maschinenseite wieder, deren Verwirklichung
in einer der Fig. 5 entsprechenden Anordnung ohne Schwierigkeiten möglich ist.
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Der Erfindungsgedanke kann auch dann Anwendung finden, wenn mit Rücksicht
auf die Spannungen eine Reihenschaltung von Gleichrichterelementen notwendig ist.
Fig. 9 zeigt im Prinzip eine entsprechende Schaltung. In Fig. 10 der Zeichnung ist
die Anordnung und Befestigung der Gleichrichter 71a in dem Trägerring 51 wiedergegeben.
Bis auf ein Element müssen bei dieser Anordnung alle in Reihe liegenden Gleichrichterelemente
isoliert in dem Trägerring 51 abgestützt sein. Die Reihenschaltung erfolgt durch
Zwischenverbinder 75, die von der einen Klemme des einen Gleichrichters zu der anderen
Klemme des zweiten Gleichrichters geführt sind.
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Die Fig. 11 und 12 geben zwei weitere Schaltungen wieder, bei denen
die zu beiden Seiten der Phasenwicklungen eingeschalteten Gleichrichterelemente
auf einer bzw. beiden Maschinenseiten angeordnet sind.
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Einzelheiten der beschriebenen Gleichrichteranordnung können selbstverständlich
in Anpassung an die auftretenden Betriebsverhältnisse abgeändert werden. Die erfindungsgemäße
Anordnung ermöglicht ohne weiteres die Anwendung einer größeren Anzahl paralleler
Gleichrichterzweige, wodurch es ermöglicht wird, die unter Umständen erforderlichen
großen Ströme zu erzeugen. Besondere Vorteile bietet es, Silizium- oder Germaniumgleichrichterelemente
anzuwenden, die sich durch besonders hohe Belastbarkeit auszeichnen. Um die Belastbarkeit
der Gleichrichterelemente zu erhöhen, empfiehlt es sich ferner, den Gleichrichtergenerator
derart auszubilden, daß das zur Kühlung verwendete Kühlmittel die Gleichrichter
sowie die zugleich als Träger für die Wickelköpfe dienenden Trägerringe umspült.
Unter Umständen kann es auch Vorteile bieten, die Gleichrichterträgerringe selbst
mit Lüfterflügeln od. dgl. zu versehen oder besondere Hilfslüfter vorzusehen, um
ein Kühlmittel
in dem die Gleichrichter aufnehmenden, innerhalb
des Gleichrichterträgers liegenden Hohlraum umzuwälzen.