Einrichtung zum Stromzuführen für eine elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Stromzuführen für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Turbogenerator, bei welcher der Strom über einen mit einer Stromzuleitungsschiene und einem Schleifring in elektrischem Kontakt stehenden Verteilungsring zugeführt wird.
Bei den bekannten elektrischen Maschinen, insbesondere bei Turbogeneratoren, besteht die Kontakteinrichtung aus einem Hauptschleifring, an dem die Bürsten angeordnet sind, und einem Verteilungsring, an dem die mit der Stromzuleitung verbundene Schiene befestigt ist. Der Verteilungsring ist flach ausgeführt und an dem Hauptring stirnseitig befestigt. Zur gleichmässigen Verteilung des Stromes über den Hauptschleifring und somit über die Bürsten sind bei einigen Turbogeneratoren die Schleifringe mit zwei untereinander verbundenen Verteilungsringen an beiden Stirnseiten versehen.
Die bekannte Konstruktion der Kontakteinrichtung weist beträchtliche Mängel auf.
Der elektrische Strom wird über die Schienen und den Verteilungsring dem Hauptschleifring zugeführt, wobei bekanntlich der Strom den kürzesten Weg wählt und sich über den Schleifring ungleichmässig verteilt, indem er sich hauptsächlich an dem der Stromzuleitung angrenzenden Abschnitt konzentriert, was zur ungleichmässigen Verteilung des Stromes über die Bürstenfläche führt. Bei grossen Turbogeneratoren, bei welchen der Erregerstrom grosse Werte erreicht, führt dies zur ungleichmässigen Erwärmung des Schleifringes, zur Überhitzung des Abschnittes nahe der Schiene und zu dessen Verformung, sowie zur Erhöhung der Schleifringvibration, was zum vorzeitigen Verschleiss und zur Erwärmung der Bürsten und Schleifringe und zur Senkung deren Lebensdauer führt.
Infolge der erhöhten Erwärmung der Schleifringe wird das Spiel zwischen Schleifring und Welle geändert, was zum Ausfall des Turbogenerators führen kann.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die aufgezählten Mängel zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Betrieb zuverlässige Kontakteinrichtung mit gleichmässiger Verteilung des von der Stromzuleitungsschiene kommenden Stromes über den Schleifring zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Stromzuleitungsschiene am Verteilungsring befestigt ist, während zwischen dem Schleif- und dem Verteilungsring beiderseits der Schiene symmetrisch stromleitende Einlagen angeordnet sind, deren Umfangslänge kleiner als die halbe Umfangslänge des Verteilungsringes ist.
Es ist nun zweckmässig, dass die Leitfähigkeit der erwähnten Einlagen mit der Entfernung von der Schienenachse zunimmt.
Bei der erfindungsgemässen Kontakteinrichtung ist eine gleichmässige Verteilung des Stromes im Schleifring gesichert, die Verformung und die Vibration des Kontaktringes sowie die Erwärmung des Ringes und der Bürsten werden beseitigt; das Spiel zwischen Schleifring und Maschinenwelle wird nicht verändert, der Bürstenverschleiss wird verringert. Der Strom in den Bürsten wird gleichmässig verteilt. Dies alles erhöht die Lebensdauer und die Betriebszuverlässigkeit der Kontakteinrichtung.
Die Kontakteinrichtung wird zurzeit in Turbogeneratoren für 300, 500, 800 und 1000 MW verwendet, kann aber in Turbogeneratoren bis 2000 MW Verwendung finden.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1, 2 - die erfindungsgemässe Kontakteinrichtung mit flachem Verteilungsring und
Fig. 3, 4 - die erfindungsgemässe Kontakteinrichtung mit zylindrischem Verteilungsring.
Die Kontakteinrichtung (Fig. 1 und 2) besteht aus einem Schleifring 1, an dem die Bürsten gleiten (nicht gezeigt) und einem flachen, am Schleifring 1 stirnseitig anliegenden Verteilungsring 2.
Die Stromzuleitungsschiene 3 ist an dem Verteilungsring 2 befestigt und von dem Schleifring durch die Zwischenlage 4 isoliert. Zwischen dem Schleifring 1 und dem Verteilungsring 2 sind die als Segmente ausgeführten und symmetrisch beiderseits der Stromzuleitungsschiene 3 am Umfang des Verteilungsringes 2 angeordneten stromleitenden Einlagen 5, 6 und 7 angeordnet. Die Einlagen 5, 6, 7 sind aus Material verschiedener Leitfähigkeit ausgeführt, wobei die Einlage 5, die unmittelbar mit der Stromzuleitungsschiene 3 in Berührung steht, die kleinere Leitfähigkeit hat, während die Einlagen 6, 7 eine mit der Entfernung von der Stromzuleitungsschiene zunehmende Leitfähigkeit aufweisen.
Wie auch bei den bekannten Kontakteinrichtungen ist der Schleifring 1 von der Läuferwelle 8 durch die Isolation 9 isoliert, während die Stromzuleitungsschiene 3 mit den Schrauben 10 der Stromzuleitung verbunden ist.
Bei der Speisung der Erregerwicklung (nicht gezeigt) mit Strom fliesst letzterer vom Schleifring 1 zum Verteilungsring 2 über die Einlagen 5, 6 und 7. Hierbei wird der Strom wegen der verschiedenen Leitfähigkeit der Einlagen 5, 6 und 7 über diese gleichmässig verteilt.
Bei elektrischen Maschinen grosser Leistung, wo die Erregerströme grosse Werte erreichen, ist es zweckmässig, eine maximale Berührungsfläche zwischen beiden Ringen anzustreben.
In diesem Falle (Fig. 3 und 4) ist der Verteilungsring 11 zylinderförmig ausgeführt, und auf diesem sitzt der Schleifring 12.
Der Verteilungsring ist auf der Seite des Schleifringes 12 mit einer Nut versehen, in der die Stromzuleitungsschiene 13 eingelegt und befestigt ist. Beiderseits der Stromzuleitungsschiene sind zwischen den Ringen 11 und 12 die Einlagen 14, 15 und 16 angeordnet. Die Einlage 14 hat die kleinste Leitfähigkeit, während die Einlagen 15 und 16 grössere Leitfähigkeit aufweisen.
Die Arbeitsweise der Kontakteinrichtung ist der nach der ersten Ausführungsvariante ähnlich.
Bei beiden Ausführungen der Kontakteinrichtung ist die Länge der Einlagen 5, 6, 7 und 14, 15, 16 kleiner als die halbe Umfangslänge des Ringes 2 und 11.