DE672870C

DE672870C - Einrichtung zur Erzeugung von Drehschwingungen mittels einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE672870C
Application number: DEA77873D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-12-18
Filing date: 1935-12-07
Publication date: 1939-03-11

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Drehschwingungen mittels einer elektrischen Maschine zwecks Ausgleich vorhandener Drehmomentschwankungen oder für Materialprüfzwecke, insbesondere zur Prüfung der Verdrehungsfestigkeit umlaufender Wellen.

Es ist bereits eine Einrichtung zur Erzeugung, von Drehschwingungen bekannt, gemäß der auf der Welle der zu entstörenden Maschine eine elektrische Maschine angeordnet ist, deren Läufer ähnlich wie der Anker einer Dynamomaschine ausgebildet ist, in einem Magnetfeld umläuft und infolge der magnetelektrischen Induktion die gewünschten periodisch wechselnden Drehmomente erzeugt. Es ist ferner ein Verfahren zur Beseitigung des Pendeins von umlaufenden Maschinenteilen bekannt, gemäß dem die Erregung der zu entstörenden Synchronmaschine periodisch geändert wird. Es ist auch eine Einrichtung zur Dämpfung der an Wellen auftretenden Drehschwingungen vorgeschlagen worden, bei der den Schwingungen durch einen auf der Welle sitzenden bewickelten Läufer entgegengewirkt wird und der Läufer mit einem ein Dorehfeld entwickelnden Ständer zusammenarbeitet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von dem Bekannten dadurch, daß das durch eine Mehrphasenwicklung im Ständer oder Läufer einer asynchron laufenden Synchronmaschine erzeugte Drehfeld auf den mit Gleich- oder Wechselstrom erregten Läufer bzw. Ständer wirkt, welcher die gleiche Polzahl hat wie der Ständer bzw. Läufer, wobei die Frequenz der erzeugten Drehschwingungen von der Relativgeschwindigkeit des Ständer- bzw. Läuferfeldes abhängt, und daß in dem Läufer oder Ständer der asynchron laufenden Synchronmaschine oder in dem Erregersystem des Stromerzeugers, der die Ständerwicklung und bzw. oder die Läuferwicklung der Synchronmaschine speist, ein besonderer, in sich geschlossener Sekundärkreis, beispielsweise eine Käfigwicklung, vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil auf, daß sie in äußerst einfacher Weise eine Einstellung der Höchstwerte und der Frequenz der Drehschwingungen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist besonders für die Prüfung der Verdrehungsfestigkeit solcher Teile geeignet, die wechselnden Drehmomentbeanspruchungen unterworfen sind. Für die Prüfung kommen Wellen, Zahnräder und ähnliche Maschinenteile in Frage, wie sie bei Umkehrantrieben oder bei

sich hin und her bewegenden Maschinen, beispielsweise Kompressoren oder Pumpen, vorkommen. Die Einrichtung nach der Erfindung kann in gleicher Weise auch angewendet werden, um vorhandene, in ihrer Größe und Richtung periodisch wechselnde Drehmomente ausr zugleichen und somit die Beanspruchung der diesen wechselnden Drehmomenten unterworfenen Maschinenteile zu verringern. Für ίο den letztgenannten Fall kommen insbesondere drehende Antriebe für Sieb- oder Sichtanlagen in Frage oder solche drehenden Antriebe, die Schüttelbewegungen beliebiger Art erzeugen. Der Ausgleich der vorhandenen periodisch wechselnden Beanspruchung erfolgt dadurch, daß der mehr oder weniger gleichförmig verlaufenden Drehbewegung eine von dieser unabhängigen Drehschwingungsbewegung überlagert wird.

Die Drehschwingungen entstehen im Läufer dadurch, daß die Läuferpole den Ständerpolen nachschlüpfen. Die derart erzeugten Drehschwingungen werden durch den Läufer auf das zu prüfende oder in seinen Beanspruchungen auszugleichende Maschinenteil übertragen, unabhängig davon, ob das betreffende Maschinenteil stillsteht oder sich in irgendeiner Weise dreht. Die Frequenz der Drehschwingungen hängt von der relativen Geschwindigkeit der vorhandenen Ständer- und Läuferfelder ab.

Daß doppelt gespeiste Drehfeldmotoren und Synchronmaschinen Pendelneigungen bzw. Drehmomentschwankungen unterworfen sind, ist an sich bekannt. Das Auftreten derartiger Schwingungserscheinungen ist jedoch bisher als unerwünscht angesehen worden.

Der Höchstwert der Drehschwingungen kann erfindungsgemäß entweder durch Änderung der Stromstärke im Ständer oder im Läufer oder in beiden eingestellt werden. Die Einstellung der Frequenz der Drehschwingungen kann bei gleichstromerregtem Läufer durch Änderung der Frequenz der dem Ständer zugeführten Wechselspannung oder bei wechselstromerregtem Läufer durch Änderung der Frequenz der Ständer- oder der Läuferspannung oder der Frequenz der Ständerund der Läuferspannung erfolgen. Es ist somit notwendig, daß der Ständer und der Läufer von getrennten Stromquellen mit regelbarer Frequenz und veränderlicher Phasenfolge gespeist werden.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

Abb. ι zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung mit gleichstromerregtem Läufer. In dieser Abbildung bedeutet 5" den Ständer und R den Läufer. Durch die Erregung des Läufers mit Gleichstrom werden bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Pole gebildet. Wird dem dreiphasig gewickelten Ständer eine Wechselspannung mit der Frequenz/^ zugeführt, so entsteht ein Drehfeld. Dieses Drehfeld erzeugt im Läufer Drehmomente, die von der Wechselwirkung des Ständerstromes mit dem Läuferfluß und des Läuferstromes mit dem Ständerfluß herrühren. Diese beiden Wechselwirkungen rufen dann eine Drehschwingung einer bestimmten Frequenz hervor. Es sei zunächst angenommen, daß der Läufer stillsteht. Ist der Ständer zweipolig gewickelt, so bilden sich bei dreiphasiger Speisung in einem bestimmten Augenblick zwei Strombeläge, die entgegengesetzt gerichtet sind, wie es in Abb. 1 durch Kreuze und Striche angedeutet ist. Für den gewählten Augenblick fallen die Mittellinien der Strombeläge mit der Mittellinie der Läuferpole zu- 8_U sammen. In dieser Lage wird im Läufer das größtmögliche Drehmoment erzeugt. Die Strombeläge drehen sich relativ zum Ständer mit der Frequenz Z₁. Nach einer Drehung von 90° ist die Größe des Drehmomentes gleich Null. Nach einer weiteren Drehung um 90⁰ liegen die Mitten der Strombeläge des Ständers und die Mitten der Läuferpole wiederum gegenüber, aber entgegengesetzt zur Ausgangslage. In dieser Lage wird in entgegengesetzter Richtung das größtmögliche Drehmoment erzeugt. Nach einer weiteren Drehung um 90⁰ wird das Drehmoment wieder gleich Null. Das Drehmoment wechselt also zwischen einem positiven Höchstwert und einem negativen Höchstwert, und zwar mit derselben Frequenz wie die dem Ständer zugeführte Wechselspannung. Dieselbe Überlegung kann auch an Hand der Wechselwirkung zwischen dem Läuferstrom und dem ioo Ständerfeld angestellt werden.

Es sei angenommen, daß der Läufer mit einer Polpaarzahl p sich mit einer Drehzahl η U/min dreht. Die Frequenz der Drehschwingung hängt, wie bereits erwähnt wurde, von der relativen Umlaufsgeschwindigkeit der Strombeläge des Ständers in bezug auf den Läufer ab.

Es ist somit für den allgemeinen Fall einer mehrpoligen Ausführung die Frequenz der ito

Drehschwingung/ — f_t — p «g-, wobei η positiv zu wählen ist, wenn der Läufer in derselben Richtung umläuft wie das Ständerfeld. Der Läufer und der Ständer der Einrichtung nach Abb. 1 können auch miteinander vertauscht werden.

In Abb. 2 ist der Fall dargestellt, bei welchem der Läufer mit Wechselstrom gespeist wird. Es sei angenommen, daß die Frequenz/! iao des Ständerstromes von der Frequenz /₂ des Läuferstromes abweicht. Die Umlaufs-

geschwindigkeit des Läuferfeldes ist dann /2 + P '7-· Die Frequenz der Drehschwingung

hat dann den Wert / = /1 — /₂ — P ' —,wobei

f« positiv zu wählen ist, wenn das Läuferfeld und der Läufer in derselben Richtung umlaufen.

Es wurde im vorstehenden angenommen, daß die die Drehmomentschwingungen erzeugenden Ströme sowohl im Ständer als auch im Läufer fließen; es ist jedoch zu diesem Zweck erforderlich, daß jeder Wicklung ein besonderer in sich geschlossener Sekundärkreis zugeordnet ist. In der Einrichtung gemäß Abb. ι ist beispielsweise eine Käfigwicklung C in dem mit Gleichstrom erregten Läufer vorgesehen. Bei Wechselstromerregung des Läufers kann die gleiche Wirkung dadurch erreicht werden, daß eine derartige Käfigwicklung in dem Gleichstromerregerteil des Wechselstromerzeugers vorgesehen wird, der den Läuferstromkreis mit Wechselstrom versorgt. In ähnlicher Weise kann auch in dem Gleichstromerregerteil des die Ständerwicklung speisenden Stromerzeugers eine Käfigwicklung vorgesehen werden. Der asynchrone Lauf der Synchronmaschine kann durch geeignete Auslegung der Maschine, beispielsweise durch geeignete niedrige Erregung, erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:

_t I. Einrichtung zur Erzeugung von

Drehschwingungen mittels einer elektrischen Maschine zwecks Ausgleich vorhandener Drehmomentschwankungen oder für Materialprüfzwecke, insbesondere zur Prüfung der Verdrehungsfestigkeit umlaufender Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß das durch eine Mehrphasenwicklung im Ständer oder Läufer einer asynchron laufenden Synchronmaschine erzeugte Drehfeld auf den mit Gleich- oder Wechselstrom erregten Läufer bzw. Ständer wirkt, welcher die gleiche Polzahl hat wie der Ständer bzw. Läufer, wobei die Frequenz der erzeugten Drehschwingungen von der Relativgeschwindigkeit des Ständer- und Läuferfeldes abhängt, und daß in dem Läufer oder Ständer der asynchron laufenden Synchronmaschine oder in dem Erregersystem des Stromerzeugers, der die Ständerwicklung und bzw. oder die Läuferwicklung der Synchronmaschine speist, ein besonderer, in sich geschlossener Sekundärkreis, beispielsweise eine Käfigwicklung, vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichstromerregtem Läufer die Frequenz der erzeugten Drehschwingungen durch Frequenzänderung des Ständerstromes und bei wechselstromerregtem Läufer durch Fre- fi₅ quenzänderung des Ständer- und bzw. oder Läuferstromes regelbar ist.
3. Einrichtung mit wechselstromerregtem Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständer- und Läuferwicklung der asynchron laufenden Synchronmaschine an getrennte Stromquellen mit regelbarer Frequenz und veränderlicher Phasenfolge angeschlossen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstwert der Drehmomentschwingungen durch Änderung des in der Ständerwicklung und bzw. oder der Läuferwicklung der asynchron laufenden Synchronmaschine fließenden Stromes regelbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen