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Vorrichtung zur Bestimmung der Größe und Phasenlage der Unwucht eines
zweipoligen Läufers einer Synchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Bestimmung der Größe und Phasenlage der Unwucht eines zweipoligen Läufers einer
Synchronmaschine, welche Vorrichtung mindestens einen Schwingungsaufnehmer, ein
Wattmeter mit zwei Spulen und einen Drehstromtransformator als Bezugsstromgeber
aufweist, dessen Primärwicklung mit dem Synchrongenerator am selben Netz liegt und
dessen Sekundärwicklung phasenschwenkbar ausgebildet und mit der einen Spule des
Wattmeters verbunden ist, während der Schwingungsaufnehmer an der anderen Spule
liegt.
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Bekanntlich verwendet man heute sehr häufig das Wattmeter für die
Messung von Schwingungen, insbesondere in der Auswuchttechnik. Das Wattmeter verbindet
die Möglichkeit der Bestimmung eines Schwingungsvektors nach Größe und Phasenlage
mit dem Vorteil einer vollkommenen Frequenzelektivität.
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So werden z. B. bei Wuchtvorgang alle Störfrequenzen ausgesiebt und
nur solche Schwingungen gemessen, die mit der Frequenz der Drehzahl des Wuchtkörpers
auftreten, also irgendwie unwuchtbedingt sind.
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Das wattmetrische Meßprinzip beruht bekanntlich auf der Multiplikation
einer Meßspannung, die in einem Schwingungsaufnehmer erzeugt wird, mit einem Bezugsstrom
von bekannter, einstellbarer Größe und mit bekanntem Phasenbezug zum Wuchtkörper.
Das Wattmeter zeigt dabei den Mittelwert des Produktes an, während der pulsierende
Anteil des Produktes von der Dämpfung des Meßinstrumentes unterdrückt wird. Das
vom Wattmeter angezeigte Produkt ist ein Maß für die Größe und Phasenlage der Meßspannung,
die im Schwingungsaufnehmer erzeugt wird. Die Erzeugung des Bezugsstromes geschieht
normalerweise durch einen mit dem Wuchtkörper gekuppelten und mit ihm rotierenden
Winkellagengeber, der entweder als Wechselstrom-Generator oder als Umformer ausgebildet
ist, vgl. dazu z. B. die deutsche Patentschrift 589 106.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser wattmetrischen Meßeinrichtung mit
rotierenden Winkellagengebern besteht darin, daß die Meßeinrichtung mit der rotierenden
Welle verbunden werden muß. Soll z. B. ein Turbosatz im Betriebszustand auf Unwuchten
hin untersucht werden, so muß die Maschine zum Anbau der Meßvorrichtung stillgesetzt
werden. Das ist kostspielig und umständlich und oft aus Gründen der Verfügbarkeit
der Maschine überhaupt nicht möglich. In vielen Fällen ist ein freies Wellenende
zum Anschluß des Winkellagengebers überhaupt nicht zugänglich oder es ]äuft, wie
oft bei großen Erreger-
maschinen, mit anderer Drehzahl um als die Hauptmaschine,
wodurch ein direkter Anschluß ohne ein Zwischengetriebe oder einen Spezial-Winkellagengeber
sogar unmöglich ist.
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Derselbe Nachteil ergibt sich auch bei den handelsüblichen photoelektrischen
Winkellagengebern, die in manchen Fällen ersatzweise für den rotierenden Winkellagengeber
in Verbindung mit dem Wattmeter verwendet werden. Auch hier müßte der Turbosatz
zwecks Anbringung einer geeigneten Schwarz-Weiß-Markierung für die optische Phasengebung
abgestellt werden.
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Diese Nachteile werden bei einer anderen bekannten Bauart vermieden,
bei der für Messungen und Auswuchtungen an 3000-tourigen Synchronmaschinen im Netzbetrieb
der zur Erzeugung des Bezugsstromes notwendige rotierende Winkellagengeber durch
einen Drehstrom-Transformator, auch Phasengeber-Transformator genannt, ersetzt ist.
Dieser Transformator wird mit seiner Drehstrom-Primärwicklung an dasselbe Netz angeschlossen,
mit dem auch die zu untersuchende oder auszuwuchtende Synchronmaschine verbunden
ist. Die Sekundärwicklung des Transformators liefert den für die Feldspule des Wattmeters
erforderlichen Bezugsstrom.
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Die wattmetrische Messung des Schwingungsvektors geschieht dann entweder
in Größe und Phasenwinkel, wobei der Transformator eine schwenkbare und in Winkelgrad
geeichte Sekundärspule, wie etwa ein Drehregler, hat, oder durch zwei um je 900
gegeneinander phasenversetzt angeordnete Sekundärwicklungen, z B. in Scott'scher
Schaltung, also als Vektor in zwei Komponenten.
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Ein wesentlicher Nachteil des Phasengeber-Transformators ist der
fehlende Winkelbezug zur Welle.
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Während der Winkellagengeber mittels einer mitrotierenden Winkelgradscheibe
eine unmittelbare
Aussage über die absolute Phasenlage der gemessenen
Schwingung ermöglicht, bleibt der Phasenzusammenhang des Transformators zur Welle,
mit der er nur über das gemeinsame elektrische Netz gekoppelt ist, unbekannt. Dieser
fehlende Winkelbezug zur Welle erschwert auch eine Reproduzierbarkeit der Messungen
bei erneutem Anschluß des Transformators an das Drehstromnetz. Phasenwinkelgetreue
Messungen zum Vergleich mit früher erzielten Meßergebnissen sowie die Benutzung
einmal gewonnener Wirkungslinien bei einer wiederholten Wuchtung sind nicht mehr
unter allen Umständen gewährleistet.
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Diese Reproduzierbarkeit läßt sich dagegen mit rotierenden Winkellagengebern
bei Beachtung gewisser Anschlußregeln immer erreichen. Ein weiterer Nachteil des
Phasengeber-Transformators liegt in der Abhängigkeit der gemessenen Vektoren vom
elektrischen Belastungszustand der Synchronmaschine entsprechend dem mit der Last
veränderlichen Polradwinkel.
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Im Zusammenhang mit derWuchttechnik ist ferner die Verwendung einer
Lichtblitz-Stroboskop-Lampe bekannt. Dieses Meßverfahren benutzt zur Steuerung der
Lampe die von den Schwingungsaufnehmern kommenden Meßsignale. Gemäß dieser Bauart
wird eine auf dem Wuchtkörper angebrachte Winkelmarkierung von der Stroboskop-Lampe
angeleuchtet und erscheint als stehendes Bild, dessen räumliche Winkellage in einem
festen Zusammenhang zur Phasenlage der Schwingung steht. Dieses Meßverfahren hat
jedoch gegenüber dem wattmetrischen System folgende Nachteile: geringe Frequenzelektivität,
geringere Genauigkeit, insbesondere bei hohem Störpegel, und unbequemere Handhabung.
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Bei Betriebswuchtung von großen Turbosätzen mit vielen Meßstellen
und hohem Störpegel wird man daher im allgemeinen auf die Vorzüge eines wattmetrischen
Meßverfahrens nicht verzichten können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile, die sich
bei der Verwendung eines Wattmeters in Verbindung mit dem Phasengeber-Transformator
ergeben, zu beheben. Die Erfindung besteht darin, daß bei der obengenannten Vorrichtung
eine zur Anleuchtung des Läufers in an sich bekannter Weise vorgesehene Lichtblitz-Stroboskop-Lampe
an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist. Im Gegensatz zu dem
bekannten stroboskopischen Meßverfahren wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung
die Stroboskop-Lampe nicht vom Meßsignal, sondern vom Bezugsstrom des Phasengeber-Transformators
gespeist. Die Stroboskop-Lampe dient zur Phasenerkennung des Bezugsstromes. Ist
der Phasengeber-Transformator einmal vor der Messung richtig eingestellt, so können
die eigentlichen Schwingungsmessungen in üblicher Weise am Wattmeter ohne Stroboskop-Lampe
durchgeführt werden.
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Da die Sekundärspule phasenverschwenkbar ausgebildet ist, kann, z.B.
mittels eines Drehknopfes, jede beliebige Winkellage der Sekundärwicklung eingestellt
werden. Man kann damit jede gewünschte Phasenlage des Bezugsstromes für die betreffende
Spule des Wattmeters (Feldspule) und gleichzeitig zur Steuerung der Stroboskop-Lampe
erhalten.
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Leuchtet man das Polrad der Synchronmaschine mit dem Stroboskop an,
so entsteht wegen des Synchronismus zwischen Umlauf und Blitzfrequenz ein stehendes
Bild der Welle. Man kann so eine von außen
sichtbare Markierung des Läufers, z.B.
die magnetische Polachse des Induktors, erkennen. Diese Bezugsachse erscheint zunächst
in einer beliebigen Winkellage im Raum. Mittels des Drehknopfes kann man diese Bezugsachse
in jede gewünschte Winkellage bringen. Das bedeutet aber, daß man den vom Drehstrom-Transformator
erzeugten B ezugsstrom für die Feldspule des Wattmeters auch in eine bestimmte gewünschte
Winkelbeziehung zur umlaufenden Welle bringen kann, und zwar ganz analog zum mechanischen
Anschluß eines rotierenden Winkellagengebers.
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Somit ist es also, genau wie beim rotierenden Winkellagengeber, möglich,
eine einfache Regel für das Auffinden der absoluten Phasenlage der gemessenen Schwingung
aufzustellen. Diese Regel, die durch eine sehr einfache Eichung der Meßapparatur
rein empirisch gefunden wird, lautet dann z. B. so: Man drehe die Polachse des Läufers
im Stroboskop-Bild mittels des Drehknopfes so, daß der positive Pol senkrecht über
der Welle steht.
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Die obengenannte Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet, an laufenden,
zweipoligen Synchronmaschinen ohne deren vorherige Stillsetzung wattmetrische Messungen
vorzunehmen, die eine exakte Aussage über die Größe und Phasenlage der Schwingungsvektoren
bei vollkommener Frequenzelektivität liefern.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet ferner eine phasenwinkelgetreue
Reproduzierbarkeit von Messungen auch bei erneutem Anschluß des Transformators an
das Drehstromnetz. Diese Reproduzierbarkeit vektorieller Schwingungsmessungen ist
vor allem bei Beobachtungen des Schwingungsverhaltens von Turbosätzen über längere
Zeiträume (mit Unterbrechungen), ferner bei wiederholten Auswuchtungen unter Verwendung
früher gewonnener Wirkungslinien besonders wichtig.
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Die Phasenwinkel-Bestimmung, die sonst bei Verwendung von Phasengeber-Transformatoren
von der elektrischen Belastung der Synchronmaschine, insbesondere vom Polradwinkel,
abhängig ist, wird nun lastunabhängig. Durch Nachregeln am Drehknopf wird die Bezugsachse
im Stroboskop-Bild bei jedem Belastungszustand wieder in die vorgeschriebene Sollage
gestellt. Der Lasteinfluß ist damit eliminiert.