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Anordnung zur Dämpfung der Schwingungen einer elektrischen Welle Elektrische
Ausgleichwellen werden in steigendem Maße für den Antrieb von Werkzeugmaschinen,
insbesondere der Supporte von Drehbänken verwendet. Dabei kann man die Wellenmaschinen
mit dem Drehfeld oder gegen das Drehfeld betreiben.
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Im Primärstromdiagramm nach F i g. 1 mit dem Realteil der Ständerspannung
U als Ordinate und dem Imaginärteil als Abzisse stellt der Halbkreis die Ortskurve
für die Zeigerspitze des Stromvektors für verschiedene Schlupfwerte dar. Der gezeichnete
Halbkreis gilt nur für den Motorbetrieb. sk bedeutet den Kippschlupf, der Punkt
1 den Schlupf im Kurzschlußfall und 2 einen Schlupfpunkt in Richtung auf unendlich.
Null ist der Punkt des synchronen Laufs.
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Arbeiten die Wellenmaschinen beim Lauf mit dem Drehfeld, so erhält
man im Schlupfbereich unterhalb des Kippschlupfes sk einen statisch und dynamisch
stabilen Betrieb. Dieser ist jedoch wegen des dann sehr kleinen Durchmessers des
Wellenkreises mit einer erheblichen Einbuße an Typenleistung verbunden, wie aus
dem Diagramm in F i g. 1 hervorgeht. Arbeitet man dagegen im Schlupfbereich gegen
das Drehfeld, dann ergeben sich wesentlich größere übertragbare Drehmomente und
damit eine gute Ausnutzung der Wellenmotoren (vgl. F i g. 2). In diesem Fall ist
also auch rechts vom Schlupf s = 1 noch ein stabiles Arbeiten der Welle möglich.
Damit wird der Arbeitsbereich der elektrischen Welle größer. Gleichzeitig tritt
jedoch in diesem Fall eine Neigung zu selbsterregten Pendelungen der elektrischen
Wellen ein, insbesondere bei Anregungen in der Nähe der durch ihre elektrische Federzahl
bedingten Drilleigenfrequenzen. Man kann sich in diesem Fall dadurch helfen, daß
man entsprechende Dämpfungswiderstände in den Läuferkreis legt. Dann geht aber der
Vorteil der besseren Typenausnutzung zum großen Teil wieder verloren.
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Es sind ferner Drillschwingungsdämpfer mechanischer und elektrodynamischer
Art bekanntgeworden, die man auf der Empfängerseite des Systems anordnet. Die mechanischen
Drillschwingungsdämpfer sind technisch unzuverlässige Gebilde, die elektrodynamischen
Dämpfer und die induktiven Kupplungen haben sehr große Schwungmassen und damit einen
erheblichen Raumbedarf. Sie sind auch dementsprechend teuer.
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Es sind schließlich Anordnungen bekannt, bei denen der Rotor des Empfängers
eines aus sogenannten Synchros bestehenden FC-Systems über einen Servomotor angetrieben
wird. Die Dämpfung solcher Systeme ist wegen der verhältnismäßig großen Widerstände
der Synchros immer ausreichend, um selbsterregte Schwingungen zu verhindern.
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Bei Maschinen größerer Leistungen, wie sie bei elektrischen Wellen
üblich sind, reicht die Dämpfung wegen der geringen Widerstände normalerweise nicht
aus, um derartige Schwingungen mit Sicherheit auszuschließen. Der Dämpfungsgenerator
in den bekannten Anordnungen hat daher vornehmlich die Aufgabe, als elektrische
Rückführung zu dienen, da die von ihm abgegebene Spannung der Rotorspannung der
Maschine entgegengeschaltet wird. Dieses System ist auf statische Übertragungssysteme
beschränkt, bei denen der Rotor eines Empfängers, im Sinne einer Lagerregelung,
der Verstellung des Rotors eines Gebers folgen muß und hierzu von einem Servomotor
als Stellglied angetrieben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Pendelungen elek. trischer Wellen, d.
h. Schwingungen umlaufender Wellenmaschinen, um eine Gleichgewichtslage zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird eine Dämpfung von Schwingungen einer aus Geber-
und Empfängermaschine bestehenden elektrischen Welle dadurch erzielt, daß mit der
Empfängermaschine der Welle eine Zusatzmaschine mechanisch gekuppelt ist, deren
Polzahl so gewählt ist, daß ihre synchrone Drehzahl in den Betriebsdrehzahlbereich
fällt, so daß sie bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl ein negatives, bei
Unterschreitung ein positives Drehmoment abgibt.
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Die Anordnung nach der Erfindung weist den besonderen Vorteil auf,
daß eine normale Asynchronmaschine Verwendung finden kann, deren Kennlinie durch
Läuferwiderstände so beeinflußt werden kann, daß die Maschine auch bei extremer
Verstellung der Drehzahl nicht kippt und dabei schwingungserregende
Momente
abgibt. Auch sind die radialen Abmessungen und damit das Schwungmoment der Zusatzmaschine
klein, so daß sie beim Antrieb von Supporten in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden
kann.
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Schließlich bringt die Zusatzmaschine im untersynchronen Drehzahlbereich
ein Moment auf, das die Empfängermaschine unterstützt. Diese kann daher leistungsmäßig
bedeutend kleiner ausgelegt werden.
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Die Zeichnung (F i g. 3) zeigt schematisch eine Anordnung nach der
Erfindung.
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Ein Motor 1 ist mit der Wellenmaschine 2 (Geber) gekuppelt.
Ferner ist eine Wellenmaschine 3 (Empfänger) vorhanden und mit der Zusatzmaschine
4
mechanisch gekuppelt. Die Maschinen 2, 3 und 4
liegen ständerseitig
an dem gleichen Netz. Diese Zusatzmaschine 4 muß so beschaffen sein, daß
sie auf Grund ihrer Drehmomentcharakteristik im Betriebsbereich eine positive Dämpfung
bereitstellt, die mindestens so groß ist wie die durch die elektrische Welle bedingte
Anfachung (negative elektrische Dämpfung der Welle). Als Dämpfungsmaschine kommt
beispielsweise eine mit dem Drehfeld laufende Drehstromasynchronmaschine in Frage,
deren Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie so geneigt ist, daß der dieser Einrichtung entsprechende
Dämpfungskoeffizient größer ist als der Absolutwert der negativen Wellendämpfung
dei:
mit Md als Moment der Zusatzmaschine bei der mechanischen Winkelgeschwindigkeit
w.. Der Läufer der Dämpfermaschine kann als Massivläufer ausgebildet sein. Weitere
geeignete Dämpfungsmaschinen stellen auch Gleichstromnebenschluß- und Reihenschlußmaschinen
dar, prinzipiell alle Maschinen, deren Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eine geeignete
Neigung aufweist.