DE2132179B2

DE2132179B2 - Einrichtung zur elektrischen Pendelungsdämpfung einer Drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE2132179B2
Application number: DE2132179A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing.Dr. 8520 Erlangen Weigand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-06-29
Filing date: 1971-06-29
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE2132179A1; CH536576A; CA960748A; NL7205131A; GB1397132A; JPS5327807B1; US3800199A; BE785434A; IT956792B; AT315303B; FR2144337A5

Description

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nung konstant sind, wenn sich aber die der Drehfeld- um 0,3 Hz. Für einen entsprechenden Frequenzbereich

maschine zugeführte Wirkleistung auf Grund eines ist der Bandpaß BP durchlassig, während sowohl der

veränderlichen Leistungsfaktors ändert, Pendelungen Gleichstromanteil des Ausgangsstromes Iw als auch

wirksam gedämpft werden. sein infolge von Oberwellen entstehender, bezüglich

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol- 5 der Ausgangsfrequenz/«, höherfrequenter Anteil vom

genden an Hand von vier Figuren näher erläutert. Bandpaß BP gesperrt werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine positive Polarität des niederfrequenten, mit Ein aus einem gesteuerten Gleichrichter 1 und einem der Pendelfrequenz f_p schwingenden Wechselstrom-Wechselrichter 2 bestehender Umrichter mk einem anteils des Ausgangsstroms Iu, tritt bei einem Pendel-Gleichstromzwischenkreis ist an ein übliches Dreh- io ausschlag entgegen der Laufrichtung auf, während ein stromnetz R, S, T von 50 Hz angeschlossen und speist negativer Wert des niederfrequenten Wechselstromeine Drehstromsammelschiene mit der Spannung U_w anteils bei einem Pendelungsausschlag in Laufrichtung von der Frequenz f_w, welche sich in der Größenord- erscheint.

nung von beispielsweise 1 kHz bewegt. An dieses Mit- Die an der Ausgangsklemme 16 des Bandpasses BP telfrequenznetz sind eine Reihe von synchron laufen- 15 erscheinende niederfrequente Wechselstromkompoden Hysteresemotoren HM angeschlossen, welche nente wird subtraktiv einem Mischglied 17 — beispiels-Zentrifugen 4 antreiben. weise dem Eingang eines Operationsverstärkers —

Derartige Anlagen werden z. B. zur Trennung von zugeführt und somit von einem Vorgabewert der Aus-Uranisotopen verwendet und können je nach Anlage- gangsfrequenz/u, abgesetzt, wodurch sich eine Ständergröße bis zu einer Million solcher Zentrifugen 4 auf- so feldnächführung in bezug auf die periodischen weisen, von denen jede eine Antriebsleistung von Schwankungen des Läufers ergibt. Man kann dies ungefähr 100 Watt benötigt. auch als eine Regelung auf konstanten Frequenz-

Zur Regelung der Ausgangsspannung U_w des mittelwert auffassen, wobei die Phasenlage des Stän-Wechselrichters 2 ist ein Spannungsregler 5 vorgesehen, derdrehfeldes als Stellgröße verwendet ist.
dem als Sollwert eine von einem mit einer positiven 25 In Fig. 2 ist ein passiver Bandpaß BP dargestellt, Gleichspannung P gespeisten Potentiometer 6 abge- der aus zwei Längswiderständen 18 und 19 besteht, an griffene Gleichspannung U* zugeführt ist. Sein Istwer« deren Verbindungspunkt ein Querkondensator 20 anbesteht in der gleichgerichteten und geglätteten Aus- geschlossen und mit der Eingangsklemme 15 verbungangsspannung eines an den Ausgang des Wechsel- den ist. In Reihe zum Längswiderstand 18 ist ein richters 2 angeschlossenen Spannungswandler 7. Die 30 Längskondensator 21 geschaltet und mit der Eingangs-Ausgangsspannung des Spannungsreglers 5 wirkt auf klemme 14 verbunden.

den Spannungsstelleingang des gesteuerten Gleich- Ein Ausführungsbeispiel für einen aktiven Bandpaß richters 1. Zur Einstellung und Steuerung der Frequenz BP, mit dem sich eine niedere Grenzfrequenz erreichen ist der Wechselrichter 2 mit einem Frequenzstellein- läßt, zeigt Fig. 3. Er besteht aus einem Operationsgang versehen, auf welchen die Ausgangsspannung 35 verstärker 22, der in seinem unbeschalteten Zustand eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers 8 wirkt. Die Vor- eine sehr große Verstärkung besitzt und in seinem Eingabe der Ausgangsfrequenz /«, des Wechselrichters 2 gangskreis mit der Reihenschaltung eines Kondenerfolgt durch eine entsprechend einstellbare Spannung sators C₀ und eines Widerstandes A₀ und in seinem am Abgriff eines ebenfalls an die Gleichspannung P Gegenkopplungskreis mit der Parallelschaltung eines angeschlossenen Potentiometers 9, welche dem Ein- 40 Widerstandes R₁ und eines Kondensators C₁ beschaltet gang des Spannungs-Frequenr-Umsetzers 8 züge- ist. Durch den Kondensator C₀ wird die Gleichstromführt ist. komponente (/ = 0) gesperrt; der Kondensator C₁

Sind die an dem Mittelfrequenznetz angeschlossenen unterdrückt den höherfrequenter. Anteil (/>/»). Für Hysteresemotoren HM wenig gedämpft, was bei den den zwischen diesen beiden Frequenzen 0 und f_w zuvor erwähnten Zentrifugenantrieben der Fall ist, 45 liegenden Pendelfrequenzbereich Δ/ρ soll dagegen eine dann hat die bisher beschriebene Anordnung eine annähernd konstante Verstärkung des Eingangssignals starke Neigung zum Pendeln, wobei erschwerend noch Ub durch den Bandpaß BP erfolgen,
hinzukommt, daß sich die Pendelungen der einzelnen Es kann sich als zweckmäßig erweisen, in der aus Maschinen gegenseitig synchronisieren und dann samt- Fig. 1 ersichtlichen Regelschleife für den Frequenzliche elektrisch parallelgeschalteten Motoren im Gleich- 50 mittelwert ein Vorhaltglied anzuordnen, in der Weise, takt pendeln. Dies kann zu periodischen Leistungs- daß das Ausgangssignal des Bandpasses BP nicht unschwankungen bis zu 80°ό führen, was praktisch nicht mittelbar dem Mischglied 17 zugeführt wird, sondern mehr hinnehmbar ist. Bei Verwendung von Hysterese- wie in Fig. 3 angedeutet, über die der Parallelschaltung motorer. HM wird außerdem bei Pendelungen dieses des Widerstandes 24 mit dem Kondensator 23. Auf Ausmaßes eine Ummagnetisierung Jer Läuferscheiben 55 diese Weise kann eine Beschleunigung der Regelgeerfolgen, wodurch sich eine unerwünschte Wärmeent- schwindigkeit und damit eine besonders schnell wirkwicklung ergibt. «ime Pendelungsdämpfung erzielt werden.

Um daher die Pendelungen zu erfassen und eine ih- Fig. 4 zeigt in einem Diagramm den prinzipiellen nen entsprechende Meßgröße zu erhalten, ist am Wech- Verlauf des Verstärkungsfaktors des Bandpasses BP, selrichterausgang ein Leistungsmeßglied 10 vorge- 60 d. h. das Verhältnis des Betrages UaIVe als Funktion sehen. Dessen Ausgangsstrom /«, setzt sich aus einem der Frequenz / der Eingangsspannung Ub- Beispiels-Gleichstromanteil, einem im Takte der Pendelungen weise ergibt sich für die Werte C₀ = 470 μ.Γ, schwingenden niederfrequenten Wechselstromanteil A₀ == 1OkQ, A₁ = 15 kü und C₁ = 3,3 μ-F in einem und einer hochfrequenten Restwelligkeit zusammen. Bereich Δ/_ρ zwischen 0,03 Hz und 5 Hz, in welchem Die Pendelfrequenz/p des niederfrequenten Wechsel- 65 etwa auftretende Pendelungsfrequenzen zu erwarten Stromanteils ist dabei abhängig von der mechanischen wären, eine etwa gleichbleibende Verstärkung, wobei Ausführung des Antriebs und bewegt sich beim dar- die maximale Verstärkung durch das Widerstandsgestellten Beispiel je nach Füllgrad der Zentrifugen verhältnis RJR₀ — 1,5 bestimmt ist. Aus dem Dia-

gramm ist weiterhin die Sperrwirkung bei der Frequenz f= O (Gleichstrom) und bei Frequenzen/>/_w ersichtlich.

Die Erfindung kann bei allen Arten von pedelungsfähigen Drehfeldmaschinen, wie z. B. Synchronmaschi

nen, Asynchronmaschinen und Reluktanzmaschinen, angewendet werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist aber der Antrieb von Gaszentrifugen zur Trennung von Uranisotopen mittels Hysteresemo-5 toren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Dazu ist ein Spannungswandler vorgesehen, der in der Patentansprüche: Verbindung zwischen Umrichterausgang und Dreh feldmaschine angeordnet ist und der ein vgjti Wert

1. Einrichtung zur elektrischen Pendelungsdämp- und der Frequenz der Ausgangsspannung abhängiges fung einer Drehfeldmaschine, insbesondere eines S Signrü über einen Gleichrichter an ein Bandpaßfilter reibungsarmen Antriebssystems mit Hysteresemo- liefert, welches Bestandteil des Regelkreises ist.

tor, welche von einem frequenzgesteuerten Um- Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß Strom richter gespeist ist, dessen Frequenzsteuerglied ein und Spannung nur in Spezialfällen als Eingangsgröße Mischgliedi vorgeschaltet ist, dem einerseits ein des Regelkreises verwendet werden können. Wird z. B. Sollwert für die Ausgangsfrequenz des Umrichters io eine Asynchronmaschine im Leerlauf betrieben, so und andererseits ein Zusatzwert für eine zur jewei- . lassen sich mit dem bekannten, von einer Spannungsligen Pendelungsrichtung gleichsinnige Verdrehung messung ausgehenden Regelkreis elektromechanische des Ständerdrehfeldes zugeführt ist, wobei der Zu- Pendelungen nicht ausregeln. Das liegt daran, daß satzwert am Ausgang eines auf den Pendelfrequenz- sich in der Nähe des Leerlaufpunktes Strom und bereich der Drehfeldmaschine abgestimmten Band- 15 Spannung trotz beträchtlicher Pendelungen kaum passes abgegriffen ist, dessen Eingeng von einem ändern. Es gibt also Drehfeldmaschinen, bei denen Meßglied gespeist ist, das zur Pendelung führende sowohl Strom als auch Spannung konstant sein kön-Schwankungen in der Zuleitung zur Drehfeld- nen, bei denen sich aber dennoch die zugeführte maschine mißt, dadurch gekennzeich- Leistung ändert und sich Pendelungen einstellen. Die net, daß als Meßglied ein Leistungsmeßglied (10) 20 bekannte Einrichtung eignet sich also nicht zur Pendevorgesehen ist, das eine der Umrichterwirkleistung lungsdämpfung bei allen Drehfeldmaschinen, speziell proportionale Größe liefert. nicht für einen Hysteresemotor mit einem kleinen

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Leistungsfaktor. Hier kann nämlich ebenfalls der Fall kennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Band- auftreten, daß der Strom und/oder die Spannung nahepasses (BP) über ein aus einer Parallelschaltung as zu konstant s^;nd und daß dennoch Pendelungen aufeines ohmschen Widerstands (24) mit einem Kon- treten.

densator (23) bestehendes Vorhaltglied geführt ist. Die Eriinüung beruht weiter auf der Überlegung,

daß Pendelungen der Drehfeldmaschine nicht nur auf Veränderungen des Stroms und/oderder Spannung,

30 sondern bekanntermaßen auch auf Änderungen des

Leistungsfaktors zurückzuführen sein können.
Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Einrichtung so auszugestalten, daß sowohl Pendelunelektrischen Pendelungsdämpfung einer Drehfeld- gen, die auf Strom- und/oder Spannungsänderungen maschine, insbesondere eines reibungsarmen Antriebs- 35 zurückzuführen sind, als auch Pendelungen, die auf systems mit Hysteresemotor, welche von einem fre- Änderungen des Leistungsfaktors zurückzuführen sind, quenzgesteuerten Umrichter gespeist ist, dessen Fre- gedämpft oder unterdrückt werden,
quenzsteuerglied ein Mischglied vorgeschaltet ist, dem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

einerseits ein Sollwert für die Ausgangsfrequenz des löst, daß als Meßglied ein Leistungsmeßglied vorge-Umrichters und andererseits ein Zusatzwert für eine 40 sehen ist, das eine der Umrichterwirkleistung proporzur jeweiligen Pendelungsrichtung gleichsinnige Ver- tionalen Größe liefert.

drehung des Ständerdrehfeldes zugeführt ist, wobei der Hierbei wird im Takte der gemessenen Wirkleistung Zusatzwert am Ausgang eines auf den Pendelfrequenz- die an sich mit einer mittleren Winkelgeschwindigkeit bereich der Drehfeldmaschine abgestimmten Band- umlaufende Achse des Ständerdrehfeldes den um die passes abgegriffen ist, dessen Eingang von einem Meß- 45 Gleichgewichtslage stattfindenden Pendelungen des glied gespeist ist, das zur Pendelung führende Schwan- Maschinenläufers nachgeführt. Die Erfassung von kungen in der Zuleitung zur Drehfeldmaschine mißt. Richtung und Ausmaß der Verdrehung des Läufers

Geringe Unregelmäßigkeiten in der Frequenzvor- gegenüber der Ständerdrehfeldachse erfolgt dabei mitgäbe oder Laststöße können rotatorische Pendelungen tels eines Vergleiches zwischen dem Momentanwert des Läufers einer elektrischen Drehfeldmaschine um die 50 der wirkleistungsproportionalen Größe und ihrem mittlere Gleichgewichtslage, d. h. um die Achse des arithmetischen Mittelwert, wobei ein Überwiegen des umlaufenden Ständerdrehfeldes, auslösen, welche sich Momentanwertes über den Mittelwert einer Verdresowohl maschinen- als auch netzseitig als Leistungs- hung entgegen der Laufrichtung mit untersynchroner pendelungen störend bemerkbar machen können. Be- Charakteristik und ein Unterschreiten des Mittelwertes sonders ausgeprägt ist dies bei Synchronmaschinen 55 vom Momentanwert einer Verdrehung in Laufrichtung ohne Dämpferwicklung, wie z. B. auch bei synchron mit übersynchroner Charakteristik entspricht. Daher betriebenen Hysteresemotoren, und solchen Synchron- kann die Ausgangsgröße des auf den Pendelfrequenzmaschinen mit kleiner mechanischer Dämpfung. bereich abgestimmten Bandpasses als Korrekturgröße

Es ist bekannt (schweizerische Patentschrift 489 142), zur Vermeidung der Drehpendelungen verwendet zur Dämpfung von Pendelungen eine Einrichtung der 60 werden.

eingangs genannten Ali zu verwenden. Hierbei wird Um eine besonders schnell wirksame Pendelungs-

die Ausgangsfrequenz des Umrichters geändert, um dämpfung zu erzielen, kann so vorgegangen werden, so den Lasfwinkel der Drehfeldmaschine und damit daß die Ausgangsgröße des Bandpasses über ein aus ein an der Eingangsschaltung der Drehfeldmaschine einer Parallelschaltung eines ohmschen Widerstands anliegendes, unerwünschtes Modulationssignal zu 65 mit einem Kondensator bestehendes Vorhaltglied gekompensieren, führt ist.

Die bekannte Einrichtung geht bei der Ausregelung Die Einrichtung hat die vorteilhafte Eigenschaft,

der Pendelungen von einer Spannungsmessung aus. daß selbst dann, wenn sowohl Strom als auch Span-