DE2146064A1

DE2146064A1 - Anordnung zur vermeidung des ratterns und riefens von schleifringbuersten fuer gleichstrom, die zeitweise ohne betriebsstrom betrieben werden

Info

Publication number: DE2146064A1
Application number: DE2146064A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-10
Filing date: 1971-09-10
Publication date: 1973-03-15
Also published as: US3789282A; CH545029A; JPS5136842B2; FR2152562A1; JPS4837615A; AT312090B

Description

Anordnung zur Vermeidung des Ratterns und Riefens von Schleifringbürsten für Gleichstrom, die zeitweise ohne Betriebsstrom betrieben werden

Es ist bekannt, daß Bürsten auf Stromwendern und Schleifringen zum Rattern neigen und Riefenbildung begünstigen, wenn sie, wie z. B. im Leerlauf, stromlos oder mit sehr kleinen Strömen betrieben werden. Bei Maschinen mit Stromwendern und V/endepolen kann man sich dadurch helfen, daß man die Wendepole so weit fremderregt, daß in den von den Bürsten kurzgeschlossenen Ankerspulen ausreichende Kurzschlußströme erzeugt werden, die die Bürsten belasten, so daß dadurch den genannten Mangeln entgegengewirkt wird. Für Schleifringe ist schon vorgeschlagen worden, dem Betriebsgleich- oder -wechselstrom einen unabhängigen Wechselstrom zu überlagern, der sich nur überdie Schleifringe, nicht jedoch über die an diese angeschlossene Wicklung schließt. Doch ist dafür ein besonderer Überlagerungsumspanner erforderlich, dessen Wicklungen auch vom Betriebsstrom durchflossen werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vermeidung des Ratterns und Riefens von Gleichstrom-Schleifringbürsten von Synchronmaschinen, die zeitweise völlig ohne oder nur mit schwacher Erregung betrieben werden, wobei die Schleifringe über zwei Gleichrichter (Hauptgleichrichter) und zugeordnete Bürsten in Parallelschaltung gespeist werden. Gemäß der Erfindung 'werden für den Betrieb ohne Betriebsstrom die dem einen Hauptgleichrichter zugeordneten Bürsten kurzgeschlossen und die zum anderen Hauptgleichrichter gehörenden Bürsten mit einem Gleichstrom gespeist, der die an die Schleifringe angeschlossene Wicklung nicht durchfließt. Die

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Schleifringe führen also im normalen Betrieb Gleichstrom, und in den Zeiten, in denen sie zeitweise stromlos betrieben werden, wird über sie ein Gleichstrom geführt, der der gleichen Stromquelle entnommen wird, die auch den Betriebsgleichstrom liefert, wobei jedoch der Leerlaufgleichstrom lediglich über die Schleifringe, jedoch nicht über die zugehörige Wicklung fließt. Dies wird in zweckmäßiger Weise durch eine aus zwei Thyristoren bestehende und den Leerlaufgleichstrom führende Gleichrichterbrücke erreicht, die dem einen der beiden -Hauptgleichrichter gegenparallel geschaltet ist. Wenn diese Gegenbrücke gesperrt ist, speisen die beiden Hauptgleichricliter die Schleifringwicklung in Parallelschaltung aus einer gemeinsamen Wechselstromquelle. Bei Leerlauf wird die Gegenbrücke gezündet und der zugehörige Hauptgleichrichter gesperrt. Der Strom des zweiten Hauptgleichrichters schließt sich dann lediglich über die Schleifringe und die gezündete Gegenbrücke.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In Fig. 1 ist eine Synchronmas chine 1, ζ. B. ein Stoßgenerator, gezeigt, der von dem unmittelbar gekuppelten Wellengenerator (Drehstromerregermaschine) 2 über die beiden parallel geschalteten Thyristorbrücken (Hauptgleichrichter) 3 und 4 mit Gleichstrom erregt wird. Die Schleifringbürsten sind in zwei Gruppen unterteilt, an die eine Gruppe 5, 6 ist der Hauptgleichrichter 3, an die andere 7, 8 der Hauptgleichrichter 4 angeschlossen. Gegenparallel zum Hauptgleichrichter 4 liegt die aus den beiden Thyristoren 9, 10 bestehende Geger.=- brücke, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt einer Teilbrücke des Hauptgleichrichters 4 verbunden ist.

Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Für den Betrieb des Generators 1 mit normaler Erregung bleiben die Thyristoren 9, der Gegenbrücke gesperrt, und die Erregung der Synchron-

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maschine 1 kann je nach dem Aussteuerungsgrad der beiden Hauptgleichrichter 3, 4 beliebig beeinflußt werden. Wenn die Synchronmaschine nach Beendigung des Belastungsspiels un- °rregt, aber trotzdem mit stromführenden Schleifringbürsten v/eiterlaufen soll, werden der Hauptgleichrichter 4 gesperrt und die Thyristoren 9,10 der Gegenbrücke freigegeben. Da der Hauptgleichrichter 3 weiter in Betrieb bleibt, ist folgender Stromlauf möglich: 3-5-7-9-10-8-6-3, d. h. die Bürsten können bei unerregter Synchronmaschine 1 mit einem Strom belastet werden, der ausreicht, daß ein Rattern oder Riefen der Schleifringbürsten nicht auftritt. Da der Mittel- -■unkt der Gegenbrücke mit dem Mittelpunkt einer Teilbrücke dä£j Hauptgleichrichters 4 verbunden ist, weist er das Wechselpotential einer Ständerwicklungsklemme des Wellengenerators auf. Das hat zur Folge, daß die Thyristoren 9 und 10 mit einem seitlichen Abstand von 180 ° über je 60 ° stromlos werden, so daß sie jederzeit wieder gesperrt werden können und die Erregung der Synchronmaschine 1 wirksam wird.

?ig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Stromes für den Thyristor 9 und die Bürsten 5 und 7 im oberen Teil und im unteren Teil für den Thyristor 10 und die Bürsten 6 und 8. Wie man daraus erkennt, ist der Thyristor 9 im Bereich 0 "bis 60 °, der Thyristor 10 im Bereich 180 ° bis 240 ° stromlos. Die Gegenbrücke kann demnach jederzeit wieder gesperrt //erden.

*/enn der Wellengenerator 2 als Konstantspannungsgenerator ausgeführt ist, kann mit Hilfe der beiden steuerbaren Hauptgleichrichter 3 und 4 jeder beliebige Erregerstrom eingestellt werden. Auch die erforderlichen Spannungen für den Aufbau und Abbau des Feldes in der Synchronmaschine 1 lassen siel: damit verzögerungsfrei an die Erregerwicklung legen. Für- el ^v Betrieb mit stromloser Erregerwicklung ist es dagegen nichtzweckmäßig, den Wellengenerator 2 mit voller Deo

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zu fahren und mit Hilfe des Hauptgleichrichters 3 daraus kleine Spannungszeitflächen für den kleinen ohmschen Spannungsabfall im Kurzschlußkreis herauszuschneiden, was einen stark lückenhaften Strom ergäbe. Es ist in diesem Fall zweckmäßiger, die Erregung des Wellengenerators so weit zurückzunehmen, daß der Hauptgleichrichter 3 möglichst voll ausgesteuert v/erden kann. Wenn der Wellengenerator 2 als Konstantspannungsgenerator ausgeführt ist, genügt es, die Wechselstromseite seines Erregergleichrichters an eine kleine fremde Wechselspannung zu legen, die den Wellengenerator nur so weit erregt, daß die kleinen Spannungsabfälle im Kurzschlußkreis gedeckt werden.

Fig. 3 zeigt eine solche Anordnung. Soweit die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind, haben sie die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Der Wellengenerator 2 sei als Konstantspannungsgenerator ausgeführt, der über die Drosselspule 11, den Summenstromwandler 12 und den Gleichrichter 13 in bekannter Weise lastabhängig erregt wird, 14 bedeutet einen am Netz liegenden kleinen Umspanner, dessen Zweitwicklung über den Schalter 15 an eine geeignete Wicklungsanzapfung des Summenwandlers 12 gelegt werden kann.

ψ Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Wenn die Synchronmaschine 1 unerregt gefahren werden soll, wird wie bei der Anordnung nach Fig. 1 der Hauptgleichrichter 4 gesperrt und die Gegenbrücke 9, 10 gezündet. Mit dem Hauptgleichrichter 3 kann wie dort ein bestimmter lückenhafter Strom über die Bürsten 5, 6 und 7» 8 eingestellt werden. Wird nun der Schalter 15 eingelegt, so liegt nur eine konstante kleine Spannung an den Schleifringen des Wellengenerators 2, unter deren Einfluß der Wellengenerator 2 einen bestimmten zugelassenen Kurzschlußstrom über die Bürsten treibt. Der Hauptgleichrichter 3 wird hierbei gans freigegeben, so daß sich die in Fig. 2 dargestellten Ström? :n 5, 7₃ 3 und 6, 8, 10 ausbilden können.

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Weil der Gleichrichter 13 durch den Schalter 15 an eine konstante Spannung gelegt ist, werden die über die Drosselspule 11 und den Wellengenerator 2 in den Summenstromwandler 12 eingespeisten Ströme durch entsprechende Stromaufnähme des Umspanners 14 unwirksam gemacht. Eine Auferregung des Wellengenerators 2 ist hierbei nicht möglich. Erst wenn der Schalter 15 geöffnet wird, kann sich der Wellengenerator 2 wieder auf seine volle Spannung erregen, die der an den Schleifringen der Synchronmaschine 1 verfügbaren Deckenspannung entspricht,und die Synchronmaschine kann wieder mit beliebiger Erregung betrieben werden, sobald die Gegsnbrücke 9, 10 gelöscht und beide Hauptbrücken 3, 4 in Betrieb sind.

Es ist auch möglich, den Wellengenerator 2 mit einem steuerbaren Parallelpfad zum Erregergleichrichter 13 zu betreiben und den Wellengenerator im Kurzschluß auf den gewünschten Kurzschlußstrom für die Bürsten zu regeln. In diesem Fall entfallen Umspanner 14 und Schalter 15. Ferner kann man für den unerregten Leerlauf nach völliger Sperrung der beiden Hauptgleichrichter 3» 4 die Bürsten 7, 8 durch einen Schalter kurzschließen und die beiden Bürsten 5» über einen besonderen ungesteuerten Hilfsgleichrichter speisen, der z. B. über einen Umspanner an den Wellengenerator 2 angeschlossen ist. In diesem Fall kann der Wellengenerator auf seine konstante Deckenspannung erregt bleiben. Bürsten und Schleifringe werden hierbei im Leerlauf über diesen Gleichrichter mit dem für erforderlich gehaltenen Gleichstrom gespeist, der ausreicht, Rattern und Riefenbildung zu vermeiden. Die Gegenbrücke 9, 10 wird in diesem Fall nicht benötigt. Beim Übergang auf den normalen Betrieb braucht lediglich der Schalter geöffnet zu werden, der die Bürsten 7, 8 kurzschließt.

3 Figuren
8 Ansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1.!Anordnung zur Vermeidung des Ratterns und Riefens von leichstroin-Schleif ringbürsten von Synchronmaschinen, die zeitweise völlig ohne oder nur mit schwacher Erregung betrieben werden, wobei die Schleifringe über zwei Gleichrichter (Hauptgleichrichter) und zugeordnete Bürsten in Parallelschaltung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb ohne Betriebsstrom die dem einen Hauptgleichrich-) ter (4) zugeordneten Bürsten (7> 8) kurzgeschlossen und die zum anderen Hauptgleichrichter (3) gehörenden Bürsten (5, 6) mit einem Gleichstrom gespeist v/erden, der die an die Schleifringe angeschlossene Wicklung nicht durchfließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schleifringe speisenden beiden Hauptgleichrichter (3, 4) Gittersteuerung aufweisen und wechselstromseitig an eine gemeinsame Stromquelle (2) angeschlossen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als gemeinsame Stromquelle ein Drehstroci-Konstantspannungsgenerator (2) dient, der mit der Synchronmaschine (1) gekuppelt

" sein kann, die über die Schleifringe erregt wird.

■;· . Anordnung nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Hauptgleichrichter (4) eine aus zwei Thyristoren (9, 10) bestehende Brücke gegenparallel geschaltet ist (Gegenbrücke), deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt einer-Teilbrücke des Hauptgleichrichters (4) verbunden ist, wobei dieser Hauptgleichrichter (4) gesperrt wird, wen η durch die Gegenbrücke die zugehörigen Bürsten (7, Q) kurzgeschlossen werden.

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
eier Kurzschlußstrom über Bürsten und Schleifringe in seinem Betrag durch die Steuerung des nicht kurzgeschlossenen Haupt-Gleichrichters (3) "bestimmt wird.

ο. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußstrom über Bürsten und Schleifringe in
seinem Betrag dadurch bestimmt wird, daß der Summenstromwandler (12) des Konstantßpannungsgenerators z. B. über einen UiuGpanner (14) und einen Schalter (15) an eine entsprechende Spannung gelegt wird, wobei der nicht gesperrte Hauptgleich-· dichter (3) ganz freigegeben wird.

7. Anordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, la.il der Kurzschlußstrom über Bürsten und Schleifringe in
seinem Betrag dadurch bestimmt wird, daß der Drehstrom-Konstantspamnangsganerator mit einem steuerbaren Parallelweg zum Erregergleichrichter versehen ist, der den Erregerstrom des Generators auf den für den Kurzschlußstrom erforderlichen
¥ert beschränkt.

8. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, deuj der Kurzschlußstrom über Bürsten und Schleifringe durch einen zu einem Ilauptgleichrichtor parallel geschalteten und an eine geeignete Spannung angeschlossenen Hilfsgleichrichtsr geliefert wird, wobei beide Hauptgleichrichter gesperrt und die dem anderen Hauptgleichrichter zugeordneten Bürsten
•i'23chlonsen werden.

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