DE1588459A1 - Erregereinrichtung mit Schleifringen und Buersten zur UEbertragung hoher Erregerstroeme,vorzugsweise fuer grosse Synchron-Innenpolmaschinen - Google Patents

Description

Abschrift der ursprünglichen Unterlagen

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Hamilton/ka P 1 588 459-0-32

16. Juli 70 14/061

Erregereinrichtung mit Schleifringen und Bürsten zur Übertragung hoher Ei'regers tröme, vorzugsweise für große Synchron-Innenpolmaschinen

Durch die Steigerung des Strombedarfs werden die Einheitsleistungen der Generatoren ständig größer. Bei den heute in Betrieb befindlichen Generatoren der Größenordnung von 600 MVA treten Erregerströme bis zu 5000 A auf. Ströme dieser Größenordnung sind noch mit konventionellen Mitteln, d. h. mit Kohlebürsten und einem Schleifring je Polarität, zu beherrschen. Kohlebürsten haben bekanntlich nur eine bestimmte zulässige Stromdichte, die aus kühlungstechnischen Gründen nicht weiter gesteigert werden kann.' Bei Erhöhung des zu übertragenden Stromes müßte man also die Anzahl der Bürsten vergrößern. Zu dichte Besetzung der Schleifringe führt aber zu vergrößerter Strom- und Reibungswärme, die wiederum eine unzulässig hohe Erwärmung der Schleifringe und der Bürsten zur Folge hat.

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Bei einer weiteren Vergrößerung der Einheits eistung mittels flüssigkeitsgekühlter Induktoren ist mit einem weiteren Ansteigen des Erregerstromes zu rechnen. Insbesondere bedingen flüssigkeitsgekühlte Induktoren mit direkter Leiterkühlung große Leiterquerschnitte, um einen günstigen Kühlkanal unterbringen zu können. Große Leiterquerschnitte ergeben aber hohe Erregerströme. Dieses gilt sowohl für Synchrongeneratoren, insbesondere Turbogeneratoren, a]s auch für Synchronmotoren beliebiger Frequenz und Phasenzahl.

Zur Bewältigung der hohen Erregerströme wurden bereits Flüssigkeitsschleifringe vorgeschlagen. Diese Schleifringe arbeiten entweder mit Quecksilber oder mit Nak. Beide Medien sind jedoch für den praktischen Betrieb mit bestimmten Nachteilen behaftet. Während Quecksilberdämpfe gesundheitsschädlich sind, ist Nak in Verbindung mit Feuchtigkeit feuergefährlich. Es müssen also bei IPlüssigkeifcsSchleifringen besorrlere zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden.

Die Erfindung bezieht; sich auf eine Erregereinrichtung mit Schleifringen und Bürsten zur Übertragung hoher Erreger-Ströme, vorzugsweise für große Synchron-Innenpolmaschinen, wobei der Erregergleichstrom einer stationären Gleichrichtoranlagtmit zwei oder mehreren Teilstromkreisen entnommen wird. Bei den herkömmlichen Erregereinrichtiuigen dieser Art si id die Teilstromkreise gleich- und wechselsti'omseitig mit einander parallel geschaltet und werden als Parallelschaltung mit den Schleifringen verbunden. Dabei können innerhalb' eines jeden Teilstromkreises mehrere

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Gleichrichterbrücken parallel geschaltet sein. Aufgabe der Erfindung ist, diese Erregereinrichtimg derart zu gestalten, daß auch die bei sehr hohen Einheitsleistungen auftretenden sehr hohen Erregerströme übertragen werden können, so daß ein betriebssicheres Verhalten von herkömmlichen Schleifringen und Bürsten auch bei Verwendung für sehr hohe Erregerströme gewährleistet ist.

Die Erfindung besteht darin, daß je Polarität mindestens zwei gesonderte Schleifringe vorgesehen sind, die getrennt voneinander jeweils von einem Teilstromkreis gespeist werden und induktorwicklungsseitig zusammengeschaltet sind, und daß eine für alle Teilstromkreise gemeinsame Stromregeleinrichtung zui¹ Erreichung einer gleichmäßigen Strombelastung für diese Teilstromkreise bzw. Schleifringe vorgesehen ist. Die Stromregeleinrichtung sorgt durch Stromvergleich in den einzelnen Teilstromkreisen dafür, daß jeder Teilstromkreis und damit jeder Schleifring den gleichen Strom führt. Die infolge von unterschiedlichen Widerständen der einzelnen Bürsten, Schleifringe und deren Zuleitungen entstehenden ungleichen Ströme in den Teilstromkreisen und damit ungleichmäßigen Strombelastungen der Schleifringe werden dadurch ausgeglichen, so daß eine gleichmäßige Strombelastung aller Schleifringe gegeben ist. Somit wird vermieden, daß die Bürsten eines Schleifringes überlastet und des anderen nur schwach belastet werden.

Bei Verwendung von Dioden ist die Stromregeleinrichtung vorteilhaft auf der Wechselstromseite vorgesehen. Bei Verwendung von Thyristoren werden diese durch die Stromregeleinrichtung ausgesteuert. Der Anschluß der Stromregelein-

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richtung erfolgt wahlweise auf der Wechselstrom- oder Gleichstromseite. Die in der Stromregeleinrichtung gemessenen Ströme der Teilstromkreis werden auf ein Regelglied der. Einrichtung gegeben und bewirken in Verbindung mit einem bei solchen Erregereinrichtungen immer vorhandenen Spannungsregler, daß die vorher ungleichen Ströme ausgeglichen werden.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung jeweils in Form einer Schaltung in Anwendung bei einem Drehstrom-Synchrongenerator schematisch dargestellt. Der Einfachheit halber ist die Wechselstromseite der Erregereinrichtung in den Fig. 1 und 2 einphasig gezeichnet. In Wirklichkeit ist sie gewöhnlich dreiphasig ausgeführt.

Der Synchrongenerator, dessen Ständerwicklung mit 10 bezeichnet ist, wird von seinem Induktor 11 aus erregt. Der Induktor 11 hat nur eine Wicklung 12. An einem Ende dieser Wicklung 12 sind für den Pluspol zwei Schleifringe 13, 14- und an dem anderen Ende der Wicklung 12 für den Minuspol zwei Schleifringe 15, 16 vorgesehen. Auf der Induktorwicklungsseite sind die beiden Schleifringe 13 und 14- sowie 15 und 16 jeweils zusammengeschaltet. Zur Erzeugung des Erregergleichstromes für die Wicklung 12 dient eine Gleichrichteranlage 17, die von eimern Dreiwicklu-igsumspanner 18 gespeist wird. Der ErregeogLeichstrom, der der Gleichrichteranlage 17 entnommen wird, wird bei den Schleifringen 13, 14-über Bürsten 19, -"Ό der Wicklung 12 zugeführt, und bei den Schleifringen 15, 16 über Bürsten 21, 22 von der Wicklung abgeführt. Die Gleichrichteranlage 17 ist in zwei Teilstromkreise aufgeteilt, die gestrichelt bzw. strichpunktiert eingezeichnet und mit 23 bzw. 24- bezeichnet sind. Der Teilstromkreis 23 wei^t-e-ine Gleichrichterbrücke 25 und der

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Teilstromkreis 24 eine Gleichrichterbrücke 26 auf. Die Gleichrichterbrücken 25, 26 sind mit Dioden 27 bestückt. Je nach Belastung können den Gleichrichterbrücken ,jeweils eine oder mehrere Gleichrichterbrücken parallelgeschaltet werden. Den beiden Schleifringen 13, 15 ist also der Teil-Stromkreis 23 und den beiden Schleifringen 14, 16 der Teil-. Stromkreis 24 zugeordnet. Die beiden Schleifringe 13, 14 für den Pluspol werden somit getrennt gespeist, entsprechend wird der Strom von den beiden Schleifringen 15, 16 am Minuspol getrennt abgeführt. Bei "Verwendung von Dioden 27 in den Gleichrichterbrücken 25 und 26 muß der Umspanner 18 primärseitig geregelt werden; dies geschieht mit einer in bekannter Weise ausgeführten Regeleinrichtung 28. Anstelle des Umspanners 18 kann ein Drehstromwellengenerator verwendet werden, dessen Spannung in ebenfalls bekannter Weise auf dessen Erregerseite geregelt wird. Im Ständer sind darm, zwei galvanisch getrennte Wicklungen in Sternschaltung (ähnlich der bekannten Doppelsternschaltung) untergebracht. Jede der beiden Wicklungen ist mit einer Gleichrichtergruppe zusammengeschaltet.

Um zu bewirken, daß die Ströme in den beiden getrennten Teilstromkreisen (Erregerkreisen) möglichst gleich groß sind, ist eine Stromregeleinrichtung 29 mit einem Differenzstromtransformator 30 vorgesehen. Sind die Ströme in den beiden getrennten Teilstromkreisen 23 und 24 gleich groß, so sind auch die von ihnen erzeugten Flüsse im Magnetjoch des Transformators 30 gleich groß. Da sie einander entgegengerichfceb sind, heben sie sich auf. Überwiegt ,jedoch der Strom in einem der beiden Teilstromkreise, so ergibt sich eine Flußdifferenz, d.h. es entsteht ein. entsprechender Fluß in der einen oder anderen Richbung, je nachdem,

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welcher Strom größer ist. Dieser Differenzfluß erzeugt in einer weiteren, mit dem Differenzstrom-Transformator 30 magnetisch gekoppelten Wicklung 31 einen entsprechenden Strom, der einem Stromtransformator 32 im Teilstromkreis 24 so zugeführt wird, daß er, wenn der Strom in diesem Stromkreis kleiner ist als im anderen, diesen /erstarkt. ■Auf diese Weise ergibt sich eine selbsttätige, einfache Regelung der Ströme in beiden Teilstromkreisen (Erregerkreisen) auf gleiche Werte. Der Stromtransformator ^? kann auch im Teilstromkreis 23 angeordnet sein.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung wie die in Fig. 1 gezeigt. Hier sind jedoch die Gleichrichterbrü'keu 23 und 26 mit Thyristoren \3 bestückt. Ferner wird hier die Generatoi'Hpannung (oder Blindlast bei Parallelbetrieb) nicht von der Primärsei be des Dreiwicklungsumspanners 18 aus geregelt, sondern über die Thyristoren 3 5. Der Umspanner 18 arbeitet hier also mit konstanter Klemmenspannung. Anstelle des Umspanners 18 kann auch ein Drehstromwellengenerator mit zwei galvanisch getrennten Ständerwicklungen genommen werden, der auf konstante Klemmenspannung geregelt wird.

Die hier mit 34 bezeichnete Stromregeleinrich bung zur Gleichhaltung der Ströme in den beiden Erreger-Teils bromkreisen 23 und 24 erhalten ihre Steuerimpulse von der Gleichstromseite. Zu der Stromregeleinrichtung "S4 gemäß dieser Bauart gehören im wesentlichen zwei Gleichstromwandler 35 und 36 in den Teilstromkreisen 2-ί, 24 und ein Rege L-glied 37, das Teil eines Spannungsregler« 38 Lub. Die Sekundärströme der beiden Wandler 3^r? und ^v>6 wenlni über das Regelglied 37 dem Spannungsregler ^8 zugeführt. DLt: Tiilsbromregelung ist der Spannungsregelung un t;nrl agerb.

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Die Regelung erfolgt durch"Steuerung der Zündung der Thyristoren ?H (z.B. Anschnittssteuerung). Die Stromregeleiiirichtung kann ihre Impulse auch von der Wechselstromseite aus erhalten. Zu diesem Zweck können anstelle den" Gleichstromwandler 55, 36 auf der Wechselstromseite zwrei Stromwandler o'9, 4-0 vorgesehen werden. Diese Wandler sind striohliex'b in Fig. 2 eingezeichnet.

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Claims (2)

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1 Ham/ka 14/061 16. JuIi 1970 P 1 588 459.0-32 Patentansprüche

1. Erregereinrichtung mit Schleifringen und Bürsten zur Übertragung hoher Erregerströme, vorzugsweise für große Synchron-Innenpolmaschinen, wobei der Erregergleichstrom einer stationären Gleichrichteranlage mit zwei oder mehreren Teilstromkreisen entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß je Polarität mindestens zwei gesonderte Schleifringe (13, 14·? 15, 16) vorgesehen sind, die getrennt voneinander jeweils von einem Teilstromkreis (23, 24) gespeist werden und induktorwicklungsseitig zusammengeschaltet sind, und daß eine für alle Teilstromkreise (23, 24) gemeinsame Stromregeleinrichtung (29, 34-) zur Erreichung einer gleichmäßigen Strombelastung in den Teilstromkreisen und Schleifringen vorgesehen ist.

2. Erregereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Dioden (27) die Stromregeleinrichtung (29) auf der Wechselstromseite vorgesehen ist.

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Erregereinrichtung "nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Thyristoren (33) die Stromregeleinrichtung (34) ihre Impulse von der Gleichstromseite (über Gleichstromwandler 355 36) oder von der Wechselstromseite (über Stromwandler 39■> 40) erhält.

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