DE1166916B

DE1166916B - Mechanical device for vibration damping in electrical synchronous machines

Info

Publication number: DE1166916B
Application number: DEL41761A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Hagedorn
Original assignee: PATENT VERWALTUNGS GmbH
Current assignee: PATENT VERWALTUNGS GmbH
Priority date: 1962-04-16
Filing date: 1962-04-16
Publication date: 1964-04-02

Description

Mechanische Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung bei elektrischen Synchronmaschinen Läufer elektrischer Synchronmaschinen werden bekanntlich mit Dämpferwicklungen versehen, welche bei mechanischen Schwingungen der synchron mit anderen oder am starren Netz verlaufenden Maschinen ein Dämpfungsmoment dadurch erzeugen, daß die Dämpferwicklung im Zusammenspiel mit der Ständerwicklung asynchrone Leistung mit den anderen Maschinen oder dem Netz austauscht. Die Synchronmaschine wird also infolge ihrer Ausbildung mit einer Dämpferwicklung auf ihrem Läufer gleichsam mit einer Asynchroninaschine vereinigt.Mechanical device for damping vibrations in electrical synchronous machines As is known, rotors of electrical synchronous machines are provided with damper windings, which, in the case of mechanical vibrations, are synchronous with others or on the rigid network running machines generate a damping torque in that the damper winding in interaction with the stator winding, asynchronous performance with the other machines or the network. The synchronous machine is so as a result of its training with a damper winding on its rotor, as it were with an asynchronous machine united.

Die gesamte von der Dämpferwicklung beeinflußte Leistungsgeschwindigkeit einer mechanisch schwingenden und mit dem starren Netz verbundenen Synchronmaschine wird durch folgende Gleichung beschrieben: Da'(,)o + Sa (o,) = JL Dabei bedeuten: AL = Leistungsschwingung, (,)() = synchrone Winkelgeschwindigkeit, a = Schwinghebel, a' = Schwingwinkelgeschwindigkeit, S = Synchronisierungsfaktor, D = Dämpfungsfaktor. Daraus ergibt sich, daß bei einer reichlichen Bemessung der Dämpferwicklung und also einer Vergrößerung des Dämpfungsfaktors D auch die asynchrone Leistungsschwingung, die ja ein Teil der gesamten Leistungsschwingung AL ist, größer werden muß; diese Üeistungsschwingung jedoch wird von einem bestimmten Betrag an zu einer erheblichen Störquelle für das Netz. Daraus ist zu folgern, daß der Dämpfung mechanischer Schwingungen mittels der elektrischen Dämpferwicklung Grenzen gesetzt sind; dieses wird auch von der Praxis bestätigt.The total power speed influenced by the damper winding of a mechanically oscillating synchronous machine connected to the rigid network is described by the following equation: Da '(,) o + Sa (o,) = JL where: AL = power oscillation, (,) () = synchronous angular velocity, a = rocker arm, a '= vibratory angular velocity, S = synchronization factor, D = damping factor. This means that if the damper winding is sufficiently dimensioned and the damping factor D is increased , the asynchronous power oscillation, which is part of the total power oscillation AL , must also be larger; However, from a certain level onwards, this power oscillation becomes a significant source of interference for the network. It can be concluded from this that there are limits to the damping of mechanical vibrations by means of the electrical damper winding; this is also confirmed by practice.

Eine weitere Begrenzung der elektrischen Dämpfung ergibt sich daraus, daß mit einer Vergrößerung des Dämpfungsfaktors D die Reaktionsgeschwindigkeit der Synchronmaschine bei vor allem stoßartiger Änderung der Erregungsspannung zwangläufigherabgesetzt wird. Die Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß dabei das magnetische Feld infolge der in der Dämpferwicklung sich ausbildenden Ströme nicht schnell genug den Erregerspannungsänderungen nachkommt; schnelle Blindlaststöße können deshalb beispielsweise nicht voll kompensiert werden.A further limitation of the electrical damping results from the fact that with an increase in the damping factor D, the reaction speed of the synchronous machine is inevitably reduced in the case of, above all, a sudden change in the excitation voltage. The reason for this can be seen in the fact that the magnetic field does not respond quickly enough to the changes in the excitation voltage as a result of the currents that develop in the damper winding; Rapid reactive load surges can therefore not be fully compensated for, for example.

Ein weiteres Hemmnis für die Ausbildung von Dämpferwicklungen bei elektrischen Synchronmaschinen liegt darin, daß, besonders bei großen Umfangsgeschwindigkeiten, wegen ihrer erforderlichen Abstützungen gegen Fliehkraftbeanspruchung außerordentliche Erhöhungen der Fertigungskosten eintreten.Another obstacle to the formation of damper windings electrical synchronous machines is that, especially at high peripheral speeds, extraordinary because of their necessary supports against centrifugal force Increase in manufacturing costs occur.

Es ist nun bekanntgeworden, bei Läufern elektrischer Maschinen eine Einrichtung zum Vermindern des Pendelns anzubringen, welche aus mitrotierenden Flüssigkeitsschwungmassen besteht. Diese Flüssigkeitsschwungmassen befinden sich dabei in Behältern, welche mit der elektrischen Maschine starr verbunden sind. Diese Anordnung hat sich aber nicht bewährt, da die Flüssigkeitsschwungmasse in ihren Behältern schwingt, wodurch Sekundärschwingungen bzw. Koppelschwingungen hervorgerufen werden; ein unrundes Laufen der elektrischen Maschine, ähnlich dem eines in Drehung versetzten rohen Eies, ist die Folge.It has now become known, one in runners of electrical machines To attach a device to reduce the oscillation, which consists of rotating fluid flywheels consists. These flywheel masses are located in containers, which are rigidly connected to the electrical machine. This arrangement has however not proven, because the liquid flywheel oscillates in its containers, which Secondary vibrations or coupling vibrations are caused; an out of round Running of the electric machine, similar to that of a raw rotating machine Eies, is the result.

Aufgabe der Erfindung ist es, in all diesen Fällen Abhilfe zu schaffen und trotzdem eine billige starke Dämpfung der Schwingungen des Läufers zu gewährleisten; außerdem soll sein Außertrittfallen verhindert werden.The object of the invention is to provide a remedy in all of these cases and yet to ensure cheap, strong damping of the rotor's vibrations; in addition, his falling out of step should be prevented.

Gegenstand der Erfindung ist eine mechanische Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen von Läufern elektrischer Synchroninaschinen. ErfIndungsgemäß ist mit dem Läufer umlaufend ein Flüssigkeitsdämpfer verbunden, der aus. einem mit einer Flüssigkeit hoher Viskosität gefüllten Ringgehäuse, in welchem ein entsprechend geformter Vollkörper mit Spiel konzentrisch gleiten kann, gebildet ist.The invention relates to a mechanical device for damping of vibrations from rotors of electrical synchronous machines. According to the invention a fluid damper connected to the runner, which consists of. one with one Liquid high viscosity filled ring housing in which a corresponding shaped solid body can slide concentrically with play is formed.

Diese Anordnung liefert also ein der Geschwindigkeit proportionales Dämpfungsmoment bei Stößen und Pendelungen des Polrades. Dabei kann die Verbindung des Läufers mit dem Flüssigkeitsdämpfer über Kupplungselemente oder Getriebe erfolgen, es kann aber auch der Flüssigkeitsdämpfer direkt auf die Welle gesetzt oder am Schwungrad oder Jochring angeordnet sein. Handelt es sich um Maschinen größter Bauart, so kann es auch zweckmäßig sein, den Flüssigkeitsdämpfer kreissegment- bzw. kammerartig in einzelne Teile aufzuteilen, um dadurch kleinere Bauelemente zu erhalten.This arrangement thus provides a speed proportional Damping moment in the event of impacts and oscillations of the pole wheel. The connection can of the rotor with the fluid damper take place via coupling elements or gears, however, the liquid damper can also be placed directly on the shaft or on the flywheel or yoke ring be arranged. If the machines are of the largest type, then it will also be expedient the liquid damper segment or Divided into individual parts like a chamber in order to obtain smaller components.

Das Ringgehäuse des Flüssigkeitsdämpfers läuft also starr mit dem Läufer um und ist vorwiegend mit einem Siliconöl als besonders zäher Flüssigkeit gefüllt. Konzentrisch innerhalb des Ringgehäuses ist ein Vollkörper mit Spiel so angeordnet, daß er darin erforderlichenfalls sich in Umfangsrichtung verschieben kann. Er wird bei gleichmäßiger Bewegung ohne Schlupf mit dem Läufer umlaufen. Bei Stößen auf den Läufer oder bei Schwingung desselben beginnt jedoch der als Dämpfermasse wirkende Vollkörper zu gleiten und erzeugt durch Reibung das erwünschte Dämpfungsmoment. Die dabei anfallende Pendelenergie wird durch diese Reibung zwischen den einzelnen Bauteilen in Wärme umgewandelt und so an die Außenflächen des Flüssigkeitsdämpfers geleitet und von dort in bekannter Weise abgeführt. Zweckmäßigerweise wird man den Vollkörper mit großer Masse ausbilden.The ring housing of the liquid damper thus runs rigidly with the Runs around and is mainly with a silicone oil as a particularly viscous liquid filled. A solid body with play is concentric within the ring housing arranged that he move it in the circumferential direction if necessary can. It will revolve with the runner with steady movement without slipping. at However, impacts on the runner or when it vibrates begins as a damper mass acting solid body to slide and generates the desired damping torque through friction. The resulting pendulum energy is due to this friction between the individual Components converted into heat and thus to the outer surfaces of the liquid damper directed and discharged from there in a known manner. Appropriately, one becomes the Form full body with great mass.

Asynchrone Leistungspendelungen können dadurch nicht mehr auf das Netz oder auf andere mit der Synchronmaschine elektrisch verbundene Maschinen zurückwirken; eine derartige Rückwirkung ist nur noch hinsichtlich der synchronen Pendelungen möglich. Die bei solchen Vorgängen sonst zu beobachtenden Ständer-Strom-Schwebungen treten also nicht mehr auf. Zusätzlich trägt die Masse des Flüssigkeitsdämpfers, insbesondere seines Ringgehäuses, in wünschenswerter Weise zum Schwungmoment der Maschine bei.Asynchronous power fluctuations can no longer refer to the The network or other machines electrically connected to the synchronous machine; such a reaction is only with regard to the synchronous oscillations possible. The stator current fluctuations that can otherwise be observed during such processes so no longer occur. In addition, the mass of the liquid damper in particular its ring housing, in a desirable manner to the moment of inertia Machine at.

Besonders große Vorteile bringt eine Vorrichtung bzw. Anordnung nach der Erfindung bei Blindleistungsmaschinen, also Phasenschiebern, welche Blindlaststöße schnell kompensieren sollen und dabei besonders der Gefahr des Außertrittfallens ausgesetzt sind. Bei diesen spricht nun die bei Pendelungen notwendige Gegenerregung wesentlich schneller als in bekannten Anordnungen an, da die elektrischen Dämpferwicklungen, wenn überhaupt, dann nur noch in wesentlich schwächerer Ausführung angeordnet werden müssen.A device or arrangement brings particularly great advantages the invention in reactive power machines, so phase shifters, which reactive load surges should compensate quickly and especially the risk of falling out of step are exposed. With these, the counter-excitation necessary for oscillations speaks much faster than in known arrangements, because the electrical damper windings, if at all, then only be arranged in a much weaker version have to.

Wird nur eine mechanische Dämpfung entsprechend dem Erfindungsvorschlag angewandt, dann werden auftretende Kurzschlußströme der Maschine in erwünschter Weise vermindert, die dämpfende Wirkung bleibt jedoch bestehen. Diese Vorteile entfallen jedoch bei einer elektrischen nach Art der bekannten Dämpferwicklungen ausgebildeten Dämpfung infolge des Spannungszusammenbruchs.Is only a mechanical damping according to the proposal of the invention applied, then occurring short-circuit currents of the machine are more desirable Way, but the dampening effect remains. These advantages do not apply however, in the case of an electrical one designed in the manner of the known damper windings Damping due to the voltage breakdown.

Besonders vorteilhaft ist jedoch diese zusätzliche Anwendung des Flüssigkeitsdämpfers nach der Erfindung bei Motoren, welche mit einer Dämpferwicklung anlaufen müssen, oder bei solchen Maschinen, die wechselweise als Generatoren und Motoren arbeiten müssen. In all diesen Fällen kann man die elektrische Dämpferwicklung allein hinsichtlich der Hochlauferfordernisse bemessen, da der Flüssigkeitsdämpfer im Betriebszustand selbst die notwendige Dämpfung unterstützend übernimmt.However, this additional use of the liquid damper is particularly advantageous according to the invention for motors that have to start with a damper winding, or with machines that work alternately as generators and motors have to. In all of these cases, one can consider the electrical damper winding alone of the run-up requirements, since the liquid damper is in the operating state even takes over the necessary cushioning.

Claims

Claims: 1. Mechanical device for damping vibrations of rotors of electrical synchronous machines, characterized in that a liquid damper is connected circumferentially to the rotor, which consists of a ring housing filled with a high viscosity liquid, in which a correspondingly shaped solid body can slide concentrically with play , is formed.

2. Mechanical device according to claim 1, characterized in that the annular housing of the liquid damper and the solid body arranged therein are formed like a segment of a circle or chamber. 3. Arrangement of the mechanical device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid damper is arranged directly on the flywheel or yoke ring of the rotor. 4. Arrangement in the mechanical device or the arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that known electrical damper windings are arranged on the rotor in addition to the liquid damper. 5. Solid body according to claims 1 to 4, characterized in that it is formed with a large mass. Documents considered: German Patent No. 272 575.