DE1237672B - Anordnung zur Daempfung der Schwingungen einer elektrischen Welle - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Aufgabe der Erfindung ist es, Pendelungen elek. trischer Wellen, d. h. Schwingungen umlaufender Wellenmaschinen, um eine Gleichgewichtslage zu verhindern.
• 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.
• 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.
• Schließlich bringt die Zusatzmaschine im untersynchronen Drehzahlbereich ein Moment auf, das die Empfängermaschine unterstützt. Diese kann daher leistungsmäßig bedeutend kleiner ausgelegt werden.
• Die Zeichnung (F i g. 3) zeigt schematisch eine Anordnung nach der Erfindung.
• 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.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Dämpfung der Schwingungen einer aus Geber- und Empfängermaschine bestehenden elektrischen Welle, d a -durch gekennzeichnet, daß mit der Empfängermaschine (3) der Welle eine Zusatzmaschine (4) 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.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmaschine ein Drehstromasynchronmotor vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer der Zusatzmaschine als Massivläufer ausgebildet ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmaschine eine Gleichstrom-Nebenschlußmaschine mit hohem Ankerwiderstand vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr.1102 884; Zeitschrift »Feinwerktechnik«, 10 (1958), S. 342.