DE19505061A1 - Anordnung zur Einspeisung von Erregerstrom in eine rotierende Maschinenwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einspeisung von Er­ regerstrom in eine rotierende Maschinenwicklung einer dynamo­ elektrischen Maschine.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine große dyna­ moelektrische Maschine, insbesondere einen Turbogenerator. Dabei ist ein Turbogenerator, der an eine Gasturbine ange­ schlossen ist, in besonderer Weise in Augenschein genommen.

Ein Turbogenerator an einer Gasturbine wird gemäß herkömmli­ cher Praxis nicht nur zur Umwandlung von mechanischer Ener­ gie, die die Gasturbine bereitstellt, in elektrische Energie verwendet, sondern auch als Motor, um die Gasturbine zu star­ ten. Die Betriebsart des Turbogenerators als Motor erfordert keinerlei Veränderung der Beschaltung seiner feststehenden Maschinenwicklung, die ohnehin an ein Stromnetz angeschlossen ist. Sie erfordert allerdings spezifische Maßnahmen beim Be­ trieb der rotierenden Maschinenwicklung, die in umgekehrter Polarität wie beim Betrieb als Generator mit Gleichstrom be­ aufschlagt werden muß, wobei dies in einer Weise zu geschehen hat, die es ermöglicht, daß der Turbogenerator aus dem Still­ stand anlaufen kann.

Hierfür kommt gemäß herkömmlicher Praxis nur eine stationäre Erregereinrichtung in Frage, die über stationäre Bürsten und rotierende Schleifringe die rotierende Maschinenwicklung mit Gleichstrom beaufschlagt. Die stationäre Erregereinrichtung wird gemäß herkömmlicher Praxis auch benutzt, um den Turboge­ nerator bestimmungsgemäß als Generator zu betreiben; wie be­ reits angedeutet, erfordert sie hierzu lediglich eine Schalt­ einrichtung, die zu gegebener Zeit die Umpolung des Anschlus­ ses an die rotierende Maschinenwicklung gestattet.

Hinweise zur Ausbildung einer Anordnung mit Bürsten und Schleifringen zur Einspeisung von Gleichstrom in eine rotie­ rende Maschinenwicklung, wobei Mittel vorgesehen sind, die ein Abheben der Bürsten von den Schleifringen gestatten, geht hervor aus der DE 94 00 080 U1.

Eine stationäre Erregereinrichtung der beschriebenen Art wird als solche nicht bevorzugt zum Einsatz an einem herkömmlichen Turbogenerator; sofern keine besonderen Erwägungen, wie das Vorsehen einer Möglichkeit zum Starten einer angeschlossenen Gasturbine, für ein anderes sprechen, wird eine rotierende Erregeranordnung bevorzugt. Eine rotierende Erregeranordnung umfaßt, herkömmlicherweise zusammengefaßt in einer sogenann­ ten "Erregermaschine", eine in einem stationären Magnetfeld rotierende Erregerwicklung, die einen Wechselstrom liefert, welcher in eine mitrotierende Gleichrichteranordnung einge­ speist wird. Die Gleichrichteranordnung wandelt diesen Wech­ selstrom in einen Gleichstrom um, der in die rotierende Ma­ schinenwicklung, mit der die Erregeranordnung mitrotiert, eingespeist wird. Diese Anordnung erfordert keine Schleif­ ringe zur Bildung eines Anschlusses an die Maschinenwicklung, ist aber naturgemäß funktionsuntüchtig, wenn die Maschinen­ wicklung nicht rotiert. Eine solche rotierende Erregeranord­ nung erlaubt daher nicht, eine angeschlossene dynamoelektri­ sche Maschine anlaufen zu lassen. Eine solche rotierende Er­ regeranordnung ist dargestellt in dem Prospekt "Turbogenera­ toren" der Kraftwerk Union AG, Bestell-Nr. K/10437-01, Mülheim an der Ruhr, DE, März 1982, Seite 13. Auf Seite 14 dieses Prospekts ist auch eine stationäre Erregeranordnung beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Einspeisung von Erregerstrom in eine rotierende Maschinen­ wicklung einer dynamoelektrischen Maschine, die die Vorteile der bekannten stationären und rotierenden Anordnungen mitein­ ander vereinigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird eine Anordnung zur Einspeisung von Erregerstrom in eine rotierende Maschinen­ wicklung einer dynamoelektrischen Maschine, umfassend eine erste Erregeranordnung zur Lieferung von Erregerstrom mit ei­ ner stationären Erregerschaltung, die über mit der Maschinen­ wicklung verbundene und über mit dieser rotierende Schleif­ ringe sowie mit diesen durch zumindest einen beweglichen Bür­ stenhalter lösbar kontaktierbare Bürsten mit der Maschinen­ wicklung verbindbar ist, sowie eine zweite Erregeranordnung zur Lieferung von Erregerstrom mit einer stationären Magnet­ anordnung, einer mit der Maschinenwicklung rotierenden Erre­ gerwicklung sowie einer die Erregerwicklung mit der Maschi­ nenwicklung verbindende, ebenfalls rotierende Gleichrichter­ anordnung.

Erfindungsgemäß sind somit eine stationäre Erregeranordnung, vorstehend als "erste Erregeranordnung" bezeichnet, und eine rotierende Erregeranordnung, vorstehend als "zweite Erreger­ anordnung" bezeichnet, zueinander parallelgeschaltet. Um bei der wartungsintensiven stationären Erregeranordnung die Ab­ nutzungserscheinungen gering zu halten, ist diese so ausge­ führt, daß sie das Abheben der Bürsten von den Schleifringen gestattet, wenn diese nicht zur Einspeisung von Erregerstrom, sei es für den Betrieb als Motor oder für den Betrieb als Ge­ nerator, erforderlich sind. Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige stationäre Erregeranordnung geht hervor aus der be­ reits abgehandelten DE 94 00 080 U1; weitere Hinweise sind dem einschlägig tätigen Fachmann geläufig. Für die erfin­ dungsgemäß einzusetzende rotierende Erregeranordnung kommt jedwede rotierende Erregeranordnung in Betracht; für ein Aus­ führungsbeispiel wird verwiesen auf den abgehandelten Pro­ spekt. Weitere Hinweise, insbesondere zur Möglichkeit der Verwendung von Dioden und Thyristoren in der Gleichrichteran­ ordnung, stehen dem einschlägig bewanderten Fachmann zu Ge­ bote.

Vorzugsweise ist jede Bürste in der Anordnung so gehaltert, daß ihre Längsachse etwa senkrecht auf den Schleifring, dem sie zugeordnet ist, aufsetzt. Auf diese Weise sind Scherbe­ anspruchungen der Bürste vermieden, was eine hohe Betriebs­ sicherheit bedeutet.

Weiterhin bevorzugt ist jede Bürste eine Kohlebürste.

Die stationäre Erregeranordnung ist weiterhin bevorzugt so ausgelegt, daß sie den Betrieb der dynamoelektrischen Maschi­ ne sowohl als Generator als auch als Motor gestattet und ins­ besondere das Ingangsetzen der dynamoelektrischen Maschine aus dem Stillstand erlaubt. Derart ist die Anordnung beson­ ders qualifiziert zum Einsatz an einer dynamoelektrischen Ma­ schine, an die eine Gasturbine angeschlossen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt eine Schaltskizze mit den funktionell wichtigen Komponenten der Anordnung, wobei auch die räumliche Beziehung der Komponenten der Anordnung zuein­ ander dargestellt ist. Die zur Vervollständigung des Ausfüh­ rungsbeispiels notwendigen Hinweise, insbesondere zur mecha­ nischen Auslegung der Anordnung, stehen dem Fachmann im Rah­ men seines Fachwissens zu Gebote und ergeben sich insbesonde­ re aus den zitierten Dokumenten des Standes der Technik.

Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Maschinenwicklung 1, die real ein bezüglich der Achse 10 rotationssymmetrisches Gebilde und in einem mechanisch entsprechend stabilen Rotor­ ballen angeordnet ist. Zur Einspeisung von Erregerstrom in diese Maschinenwicklung 1 vorgesehen ist zunächst eine erste Erregeranordnung 2, 3, 4, 5, 6 mit einer stationären Erreger­ schaltung 2, beweglichen Bürstenhaltern 3, Bürsten 4 sowie Schleifringen 5 und 6, die mit der Maschinenwicklung 1 um die Achse 10 rotieren. Mittel zur Bewegung der Bürstenhalter 3 und der Bürsten 4, wie es in den Pfeilen angedeutet ist sind der Übersicht halber nicht dargestellt; einschlägige Hinweise hierzu gehen aus dem zitierten Stand der Technik hervor.

Parallel geschaltet zur ersten Erregeranordnung 2, 3, 4, 5, 6 ist eine zweite Erregeranordnung 7, 8, 9, umfassend eine sta­ tionäre Magnetanordnung 7, eine mit der Maschinenwicklung 1 rotierende Erregerwicklung 8, von der wiederum nur ein Teil angedeutet ist, sowie eine die Erregerwicklung 8 mit der Ma­ schinenwicklung 1 verbindende, ebenfalls mit der Maschinen­ wicklung 1 rotierende Gleichrichteranordnung 9. Die Darstel­ lung dieser Gleichrichteranordnung 9 ist angelehnt an die einschlägige Praxis zur tatsächlichen Auslegung solcher Gleichrichteranordnungen. Die Gleichrichteranordnung 9 ent­ hält Dioden 11, um den von der Erregerwicklung 8 kommenden Wechselstrom gleichzurichten und einen Gleichstrom für die Maschinenwicklung 1 bereitzustellen. Gegebenenfalls können die Dioden 11 durch Thyristoren, also steuerbare Gleichrich­ ter, ersetzt werden. Einzelheiten zur Ausgestaltung der Ma­ gnetanordnung 7 sind von untergeordneter Bedeutung; diese Ma­ gnetanordnung 7 kann, wie in der Zeichnung angedeutet, eine Anordnung von Permanentmagneten sein, es kommt aber auch eine Anordnung von Elektromagneten in Frage. Dies hat unter Um­ ständen den Vorteil, daß die zweite Erregeranordnung 7, 8, 9 leicht abgeschaltet werden kann, wenn die Maschinenwicklung 1 aus der ersten Erregeranordnung 2, 3, 4, 5, 6 gespeist werden soll.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Einspeisung von Erreger­ strom in eine rotierende Maschinenwicklung einer dynamoelek­ trischen Maschine vereint in sich die Vorteile einer statio­ nären Erregeranordnung mit den Vorteilen einer rotierenden Erregeranordnung; sie ist besonders qualifiziert zur Anwen­ dung an einer dynamoelektrischen Maschine, die an eine Gas­ turbine angeschlossen ist.

Claims (5)

1. Anordnung zur Einspeisung von Erregerstrom in eine rotie­ rende Maschinenwicklung (1) einer dynamoelektrischen Maschi­ ne, umfassend eine erste Erregeranordnung (2, 3, 4, 5, 6) zur Lieferung von Erregerstrom mit einer stationären Erreger­ schaltung (2), die über mit der Maschinenwicklung (1) verbun­ dene und mit dieser rotierende Schleifringe (5, 6) sowie mit diesen über zumindest einen beweglichen Bürstenhalter (3) lösbar kontaktierbare Bürsten (4) mit der Maschinenwicklung (1) verbindbar ist, sowie eine zweite Erregeranordnung (7, 8, 9) zur Lieferung von Erregerstrom mit einer stationären Magnetanordnung (7), einer mit der Maschinenwicklung (1) ro­ tierenden Erregerwicklung (8) sowie einer die Erregerwicklung (8) mit der Maschinenwicklung (1) verbindende, ebenfalls ro­ tierende Gleichrichteranordnung (9).

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der jede Bürste (4) eine Längsachse (10) hat und so gehaltert ist, daß die Längsachse etwa senkrecht auf den Schleifring (5, 6), dem die Bürste (4) zugeordnet ist, aufsetzt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der jede Bürste (4) eine Kohlebürste (4) ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Erregeranordnung (2, 3, 4, 5, 6) derart ausgelegt ist, daß sie einen Betrieb der dynamoelektrischen Maschine sowohl als Generator als auch als Motor gestattet und insbesondere ein Ingangsetzen der dynamoelektrischen Maschine aus dem Stillstand erlaubt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, die an eine dynamoelektrische Maschine angeschlossen ist, welche an eine Gasturbine ange­ schlossen ist.