WO2006007891A1 - Vorrichtung und verfahren zur anregung einer torsionsschwingung in einem rotierenden antriebsstrang - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur anregung einer torsionsschwingung in einem rotierenden antriebsstrang Download PDF

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WO2006007891A1
WO2006007891A1 PCT/EP2005/004670 EP2005004670W WO2006007891A1 WO 2006007891 A1 WO2006007891 A1 WO 2006007891A1 EP 2005004670 W EP2005004670 W EP 2005004670W WO 2006007891 A1 WO2006007891 A1 WO 2006007891A1
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drive train
excitation
energy
frequencies
frequency
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PCT/EP2005/004670
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christof Sihler
Original Assignee
MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
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Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/105—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for increasing the stability

Definitions

  • the invention relates to an excitation device for exciting a torsional vibration in a drive train according to the preamble of claim 1 and to a method for exciting a torsional vibration according to claim 16.
  • the height of the resonance frequencies is dependent, in particular, on the mass inertia moments of the machines connected to the drive train and the spring stiffnesses of the shaft connections between the machines.
  • a calculation of the resonance frequencies is difficult, since in particular the torsional stiffnesses of the shafts and couplings are often difficult to detect.
  • the resonance frequency of the torsional vibration excite the drive train with a frequency which corresponds approximately to the resonance frequency (see publication "Damping of Torsional Resonances in Generator Shafts using a Feedback Controlled Buffer Storage of Magnetic Energy "by C. Sihler et al., International Conference on Power Systems Transients, New Orleans, LA, USA, 3b-6).
  • the method is not suitable for determining a resonance frequency, since the resonance frequency must at least approximately already be known for its implementation.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for exciting torsional vibrations in rotating drive trains, wherein the excitation should be carried out with the least possible effort and in the most reliable manner and resonant vibrations in the drive train should be ascertainable.
  • the excitation device has a control device which is suitable for driving the power converter with different, predetermined frequencies.
  • the control device can be, for example, a commercially available computer with a digital / analog converter card, with which it is possible to specify sinusoidal oscillations of different frequencies. If the control device is set so that it sequentially specifies different frequencies for the power converter, this has the advantage that the drive train is automatically excited successively at different frequencies.
  • the control device can also be an electronic circuit that has been specially manufactured and programmed for the excitation device. This could realize the advantage that the control device can be made as compact as possible in order to design the excitation device as a compact, if possible portable device.
  • the power converter is used with an energy converter connected thereto.
  • the power converter is connected to the electric machine via an electrical multipole, for example via a three-phase line.
  • the electric machine is preferably part of the drive train, that is to say it is present in the drive train anyway and does not have to be connected additionally to the drive train alone for the excitation. This has the advantage that no additional electrical machine is required to excite the torsional oscillation. If a drive train has a plurality of electric machines, then each of the machines or even several of the machines can be acted upon by a converter with an excitation torque. It is also possible to use multiple power converters to one or more to stimulate electrical machines. The use of multiple power converters has the advantage that thereby the maximum rated power of the excitation device is scalable.
  • power is taken from the drive train via the electric machine with the power converter and forwarded to an energy converter.
  • the energy converter may be capable of converting the extracted energy into heat. If now the converter is controlled with a certain frequency, this has the advantage that energy is taken from the drive train with this frequency. This causes excitation of the drive train with this frequency.
  • the power train via the power converter and the electric machine according to energy supplied were ⁇ the.
  • the energy can be provided, for example, by an energy converter, which can convert stored energy into electrical energy for the power converter.
  • an energy converter which can convert stored energy into electrical energy for the power converter.
  • the stored energy can be made available, for example, from a general supply network.
  • the drive train energy can be both removed and supplied. This offers the advantage that a particularly effective vibration excitation is possible, since the drive train can be accelerated during a period of oscillation and braked during a subsequent oscillation period. The braking and acceleration happens with the excitation frequency. Further advantages may be obtained if the energy which is taken from the drive train is also at least partially fed back during an acceleration phase. This offers the advantage that the excitation device only has to be connected to the multipole connected to the electrical machine. If, however, a stronger stimulus is desired or if an external energy supply is useful for various other devices of the excitation device, then another energy supply can be provided, for example in the form of a battery for mobile operation or in the form of a grid connection.
  • a further advantage of the alternate removal and addition of energy is that the excitation device only has to have a low power since hardly any power dissipation is present in the excitation device.
  • the inventor has found that it is sufficient for practical applications if the energy converter can only store the energy of less vibration half-waves. This is advantageous because the excitation device can be constructed extremely compactly and can be designed in such a way that it is also suitable for mobile use.
  • the energy converter is connected to the converter via a DC circuit with an alternating current component.
  • a DC circuit offers the advantage that the current converter can withdraw energy from the DC circuit and the energy converter at any given time.
  • the Kir ⁇ current component results from the current control of the DC circuit when removing or supplying energy via the power converter from or into the electrical machine of the An ⁇ drivetrain.
  • the amount of extracted or supplied energy can be influenced. This is It has the advantage that in a very simple way, namely only by controlling the power converter, the drive train is supplied with energy or energy is taken from it in order to thereby apply an excitation torque to it.
  • the energy converter has an inductance.
  • Inductors offer the advantage that they can absorb high energy in a short time and can release this energy in a short time.
  • the inductance used is preferably a coil.
  • the coil may, for example, have an inductance between 20 mH and 200 mH.
  • the resistance of the coil should be lower the higher the required output power of the excitation device. For an output power of, for example, 300 kW, a coil with 100 mH and a resistance of 1 ohm may be sufficient.
  • the coil is air or water cooled. If the coil is air-cooled, this offers the advantage that only sufficient air supply must be made possible for cooling the coil. Water cooling offers the advantage that the coil can be made more compact.
  • the energy converter is at least one electrical resistance.
  • An electrical resistance has the advantage that it is particularly favorable to manufacture and is easy to operate.
  • the resistor can serve to convert energy which was taken from the drive train via the electrical machine and the power converter into heat.
  • a capacitor is used as an energy store, this offers the advantage that energy can be taken from the drive train as well as supplied again.
  • a capacitor also offers the advantage that it can be operated under voltage control. This is particularly advantageous if the power converter is equipped with IGBT transistors, since a voltage control is particularly easy to implement with IGBT transistors.
  • the power converter has a rated power of not more than 2% of the rated power of the electric machine.
  • This has the advantage that the power converter and the energy converter connected thereto can be designed for a low nominal power, whereby a very compact design is possible.
  • the nominal power of the power converter and of the energy converter that is to say for example the coil connected to the power converter, is so low that the excitation device can be produced as a portable device.
  • the power converter may have a rated power of not more than 1% of the rated power of the electric machine.
  • the maximum nominal power of the power converter is 5% of the nominal power of the electric machine. This offers the advantage that the drive train can be excited even with relatively high torques.
  • the nominal power is the power, which the power converter and the coil are each able to perform in the long term without being damaged.
  • Switch-off semiconductor components such as IGBT transistors or GTO thyristors are advantageously used in the converter. Such converters have the advantage that they can generate signals of almost any frequency. Alternatively, it is also possible to equip the converter with conventional thyristors, which offer the advantage that they are cheaper to manufacture. Switch-off semiconductor components offer the advantage over conventional thyristors that they do not have to wait for a zero crossing of the AC voltage side of the converter to switch off the current flow in a valve of the power converter. This makes it possible to excite in the drive train and torsional vibrations with frequencies that are significantly, for example, twice, above the mains frequency of Desi ⁇ current network of the multipole.
  • the method and the excitation device are particularly suitable for installations with electrical machines in which the mass of the rotating drive shaft with the co-rotating parts attached to it is more than 10 tons or more.
  • the use of the excitation device is therefore particularly advantageous in such systems, since the excitation device manages with a low rated power of its parts and therefore is not particularly expensive to manufacture or transport even in such large systems and therefore also uses mobile can be.
  • systems in which the mass of the co-rotating parts is large generally have low resonance frequencies with low damping, for which the method according to the invention and the excitation device are particularly suitable. So their use is particularly advantageous if the total mass moment of inertia of the drive train with the parts mounted on it are more than 500 kgm 2 .
  • the use can also be useful for larger moments of inertia, for example, over 1000 kgm 2 .
  • the method is suitable for very large moments of inertia of over 20,000 kgm 2 or 80,000 kgm 2 .
  • the use is particularly advantageous in the case of total masses of the rotating parts of a drive train of more than 30 t or 100 t. Since smaller systems with lower masses or moments of inertia require less power for exciting a torsional vibration, an excitation device that is designed for large systems is also suitable for stimulating small systems, which is why it is particularly universally applicable.
  • the excitation device has a measuring device with which a controlled variable can be determined.
  • the controlled variable represents the torsional stress on at least one point of the drive train.
  • the measuring device may consist of one or more sensors. Several sensors have the advantage that interference variables can be filtered out by suitable signal conditioning of the sensor signals. A single sensor has the advantage that this requires less effort for the installation and installation of the measuring device. When using multiple sensors, these are preferably attached to different positions of the drive train. The various positions may be azimuthally or axially spaced from each other with respect to the drive train.
  • an arrangement of two torsional strain gauges on two opposite positions of the drive train is advantageous, such that the two sensors enclose an azimuth angle of 180 °.
  • disturbance variables which are due to a varying over the circumference property of the drive shaft, are filtered out.
  • other azimuthal angles are also possible, for example 30 ° or 90 °.
  • a plurality of sensors can also be mounted axially spaced from one another.
  • Axially spaced Torsionsdehnungsmesssen- sensors are particularly advantageous when first the exact eigenmode of the resonance torsional vibration and the location of the highest mechanical stress are unknown. Also torsional vibration eigenmodes can be determined at least approximately in this way.
  • Suitable sensors are all sensors which can reproduce a torsional stress at a point or in a region of the drive train.
  • inductive sensors are suitable to detect torsional strain of the drive train without contact even with a rotation of the drive train.
  • other sensors may also be used, for example strain gauges mounted on the powertrain. The signal of the strain gauges can spielmik be removed by radio or via a slip ring transformer from the rotating shaft.
  • rotational angular velocity measuring sensors can also be suitable for determining a torsional stress.
  • Rotary angular velocity sensors have the advantage over magnetostrictive serisers that they can be more cost-effective.
  • Magnetostrictive sensors have the particular advantage that they work contactlessly and assembly is possible even with a rotating drive train. This is particularly advantageous for large systems in which Stopping the system for mounting the measuring device and the excitation device would cause greater costs. Since the excitation device also only has to be connected to the multipole terminal which is connected to the electrical machine, it is possible in this way to set up the excitation device on an existing system during the regular operation of the system.
  • the excitation device preferably has a regulator which regulates the control device and regulates the intensity of the excitation torque as a function of the controlled variable. This has the advantage that when a threshold value of the controlled variable is exceeded, the strength of the excitation torque can be reduced in order to avoid damaging the drive shaft or other system parts. It is also possible that
  • the excitation device preferably has a memory device for storing frequencies or other parameters of the operation of the excitation device.
  • This has the advantage that the excitation frequencies with various other operating parameters can be analyzed after a test in order to determine, for example, which resonant frequency the drive train has.
  • Particular advantages arise when the frequencies are stored at which an excess of the threshold value by the controlled variable occurs.
  • This has the advantage that, after a test run through which different frequencies have passed, it is possible once again to start experiments in the area of the frequencies stored in the process. In this case, it can be precisely determined at which frequency it is possible to excite a torsional vibration in the drive train.
  • the excitation device preferably has an evaluation device which determines torsional vibration resonance frequencies from the stored frequencies. For example, if two frequencies close to each other are detected at which a threshold value overshoot occurs, an intermediate resonant torsional frequency can be calculated.
  • the frequencies lying close to one another can be two successive frequencies which, in the case of a stepwise scanning of a frequency range, differ only by one frequency step.
  • the calculation of the resonant frequency from two frequencies at which the evaluation device has detected an exceeding of the threshold value can be done, for example, by an interpolation method.
  • the phase shift of the excited torsional vibration, with the measuring device is to be taken into account with respect to the phase position of the excitation torque in order to be able to determine whether an excitation frequency lies above or below a resonant torsional frequency.
  • a forward phase shift is a sign that the resonance frequency is higher than the excitation frequency, and vice versa.
  • the excitation device has an output device with which an automatically determined torsional resonance frequency can be output for a user. This has the advantage that the user does not have to determine the torsional resonance frequency from measurement results or operating parameters himself.
  • a drive train which has at least one machine for electrically mechanical energy conversion, which may be, for example, a generator and / or a motor.
  • the machine can be a synchronous or asynchronous machine.
  • the invention is particularly suitable for use with a synchronous machine, as with this by providing the excitation energy in a DC circuit, the vibration excitation is independent of the mains frequency of the multipole and thus of the rotational speed of the drive train. If, for example, a bridge circuit with IGBT transistors is used for the current converter, significantly higher frequencies than the network frequency determined by the rotational speed of the shaft of the synchronous machine can also be excited. alternative It is also possible to stimulate higher frequencies than the mains frequency, for example with a 12-pulse thyristor Brückenschalt ⁇ ng.
  • a drive train which has at least one machine for electromechanical energy conversion, for example a steam turbine with a connected generator, a wind power plant with generator, a hydroelectric turbine with generator or an intermediate store for electrical energy with a flywheel, a motor, which drives the flywheel and a generator.
  • a machine for electromechanical energy conversion for example a steam turbine with a connected generator, a wind power plant with generator, a hydroelectric turbine with generator or an intermediate store for electrical energy with a flywheel, a motor, which drives the flywheel and a generator.
  • propeller shafts of ships via a generator attached to the propeller shaft.
  • other drive configurations for example drives of cranes or elevators or their motors, to vibrate.
  • the excitation device only has to be connected to the multipole, which supplies the motor with electrical energy.
  • it is possible to determine torsional vibration natural frequencies of these systems via the electric motor of a rolling mill or the electric drive of a vertical shaft.
  • the applicability of the method and the excitation device may require additional technical effort, for example in the case of a change in speed. lent operation of the drive shaft.
  • This effort essentially relates to the adaptation of the power converter to a possibly in a larger range variable network frequency.
  • a coil used as an energy converter and energy storage can be adapted to different applications, in particular with respect to their inductance and their réellewider ⁇ stood.
  • the converter is galvanically separated from the AC circuit by its AC side.
  • This has the advantage that the voltage on the AC side of the converter can be set via the transformer's transformation ratio. This setting is dependent on the voltage in the multipole, to which the electrical machine is coupled. It is also an arrangement without galvanic separation possible, with advantages may result from the waiver of the transformer, in particular with regard to the total mass of the excitation device.
  • the subject matter of the invention is also a drive train which has at least one electrical machine and an exciter device according to the invention connected via an electrical multipole.
  • the electrical machine to which the excitation device is connected is a permanently installed part of the drive train.
  • no additional electromechanical vibration exciters such as additional Moto ⁇ Ren necessary to stimulate the vibration.
  • This is particularly advantageous in powertrains with large moving masses, since a machine that could excite such a powertrain would also have large dimensions, since they would have to apply a great deal of power to the driveline in order to stimulate it.
  • the fixed machine For example, the generator of a steam turbine, the generator of a wind turbine, the current generator of a propeller shaft, the motor of a drive or an electric machine, which is temporarily used as a motor and temporarily as a generator on a drive train, for example example of an energy storage with a flywheel.
  • a starting torque which has a specific frequency is impressed on the drive train for a predetermined excitation time. Subsequently, it is waited for a predetermined time.
  • the excitation device is operated only for a certain limited period of time and can then cool down during the waiting time.
  • the nominal power of the excitation device can advantageously be far below the actual excitation power. For example, it is possible to charge a coil with five times its nominal power for a short time, for example 2 to 8 seconds.
  • the machine can be briefly excited with 5% of its maximum converted power. If, for example, the nominal power of the current converter or of the coil is 40 A, then the drive train can be excited for 4 seconds with a power which is a
  • the coil current in the DC circuit with the energy converter arranged therein which may also be a resistor, for example, is switched off or at least reduced with respect to the excitation times in order to allow the energy converter, for example the coil or the resistor, time to cool down ben.
  • an excitation torque is again impressed on the drive train, preferably with a different frequency.
  • the step width can be, for example, one tenth, one hundredth or one thousandth of the frequency range. If different frequencies are tested successively successively one after the other, the excitation device can automatically test different frequencies over a long time in order to determine one or more resonance frequencies. This operation can be designed independently of manual intervention. Via a measuring device, the system can also be monitored so that there is no damage to the drive train or other parts. This makes it almost irrelevant how long the excitation times and waiting times are. This makes it possible to excite the drive train to torsional vibrations with very low power, since there is almost unlimited time available for the excitation at a certain frequency.
  • a waiting time is selected which is longer than the duration of the previous excitation. This makes it possible that the excitation device has sufficient time to cool off. It is also possible to provide a thermocouple or a plurality of thermocouples which monitor the operation of the excitation device in order to prevent an overloading of the device To switch off excitation device or to select the waiting time as a function of an reached cooling temperature. This would have the advantage that the system is protected from damage and the total duration of the test is minimized, since it is not necessary to wait for an excessively long time for sufficient cooling of the starting device.
  • the time of the beginning of a subsequent excitation can also be made dependent on whether an oscillation excited by the previous excitation has decayed again, ie, for example, if the measured value falls below a certain threshold value.
  • This has the advantage that a subsequent measurement is not falsified by the vibration excitation of a previous measurement.
  • a torsional oscillation excited at 20 Hz would have died down three excitation phases before it could affect the measurement at 21 Hz.
  • the measurements at 70 Hz and 150 Hz were ⁇ not influenced by a vibration at 20 Hz, since it can be filtered out.
  • one or more regions of the already examined frequency range are examined in more detail. If it is found, for example, that, in the case of a first stepwise scanning of a frequency range at certain frequencies, a threshold value overshoot occurs, ranges (for example +/- 2%) can be examined more precisely. If a threshold value exceeds the threshold value determined control variable at two frequencies, which are only one step apart, it is to be assumed that between these two frequencies is a resonance frequency of a torsional vibration. It is advantageous if this area is scanned again with a smaller increment.
  • step sizes can be selected which amount to one tenth of the step widths used in the first pass.
  • the advantage of this method is that larger step sizes can then be selected in a first pass, thereby reducing the overall runtime of the test. It is also possible to connect a third pass to further refine the step size in a selected area. This offers the advantage that resonance torsion frequencies can be determined very accurately.
  • this method is performed automatically by the excitation device.
  • the excitation device Depending on the duration of the excitation phases, the waiting time, the investigated frequency range and the subsequent fine measurements, such an automated
  • the power converter used is not a permanently installed plant power converter which is used for operation the drive train is used.
  • the power converter can be designed specifically for the vibration excitation, for example, with a rated power that is below the rated power of the electric machine of the drive train.
  • FIG. 2 is a more detailed representation of the power module
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a power module with adapted control
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a drive train 10 of a turbogenerator which has a generator 11 which converts mechanical energy of a shaft 12 into electrical energy.
  • the rotational movement of the shaft 12 is controlled by a high-pressure turbine 13, a medium-pressure turbine 14 and two low-pressure turbines. powered by turbines 15 and 16.
  • the generator 11 outputs the generated electrical energy to a multipole 20, to which a public network 21 is connected.
  • the multipole 20 is a three-phase three-phase line.
  • the rated power of the generator 11 in the example shown is 200 MVA.
  • an excitation device is connected to the multipole pole 20, which comprises a power module 30, a controller 40, a vibration transmitter 50 and a control and evaluation unit 60, to which a sensor 70 is connected ,
  • the controller 40 receives from the vibration sensor 50 an oscillation signal 51 which is amplified in the power module 30 and is applied to the shaft 12 via the multipole 20 as excitation torque via the generator 11.
  • the oscillation signal 51 is generated by a signal modulator 52.
  • the signal modulator 52 can generate sinusoidal oscillations of different frequencies and corresponds in its construction to conventional devices for generating such oscillations, wherein it is also capable of adding the oscillation signal with a DC component.
  • the controller 40 has a power converter control 41, which is connected to a power converter 31 in the power module 30.
  • the power converter 31 comprises a per se known twelve-pulse bridge circuit with a series connection of two thyristor-equipped six-pulse bridge circuits, which are shown in detail in FIG.
  • the Stromrich ⁇ ter facedung 41 controls the two six-pulse bridge circuits in a likewise known control method with the simultaneous Stromstationd ein of two valves and the formation of three groups, each having an offset of 120 ° to.
  • the power converter 31 is connected via a transformer Tor 32 on its AC side with the multipole 20 ver ⁇ tied.
  • the DC circuit connected to the power converter 31 has an inductor 33 and a resistor 34.
  • the inductance 33 and the resistor 34 represent a coil with an inductance of 100 mH and a resistance of 1 ohm, which is arranged on the DC side of the power converter 31.
  • the DC circuit further includes a current measuring device 35, which serves the controller 40 to check whether the current in the DC circuit to the drive signal, that is the oscillation signal 51, corresponds (target / actual comparison). For the comparison, the controller 40 has an adder 42, which subtracts the current in the DC circuit from the oscillation signal 51 and thus performs a nominal-actual comparison.
  • the power converter 31 extracts energy from the multipole 20 in accordance with the frequency of the oscillation signal 51 or supplies energy to the multipole 20.
  • the extracted energy is temporarily stored temporarily in the inductance 33 and partially converted into heat by the resistor 34.
  • Energy which has been temporarily stored in the inductance 33 can be fed back to the multipole 20 via the current converter 31 in one of the next half-waves of the oscillation signal 51. Since oscillation energy with a frequency corresponding to the frequency of the oscillation signal 51 is supplied to the multipole 20 in this way, the shaft 12 of the driveline 10 is excited via the generator 11 to torsional oscillations, since the generator 11 generates the oscillation energy
  • the shaft 12 with the frequency of the oscillation signal 51 brakes or accelerates. If the frequency of the oscillation signal 51 is near a reference sonanzfrequenz a torsional vibration of the shaft 12 of the An ⁇ drivetrain 10, so sets a torsional vibration.
  • the rated power of the transformer 32, the power converter 31, the inductance 33 and the resistor 34 corresponds to 100 kW, wherein the continuous rated current of the coil representing the inductor 33 and the resistor 34 is 60 A. Since the power module 30 is only operated for a few seconds, it is possible to provide a power of about 400 kW for exciting the drive train 10 with a pulsating coil current of a maximum of 350 A. After such a short-time operation, a break is provided in each case which is sufficiently long for the coil to cool down again. The duration of the break depends on the arrangement of the coil and the cooling of the coil.
  • a sensor 70 is attached to the shaft 12 between the generator 11 and the low-pressure turbine 16.
  • the sensor 70 is a magnetostrictive sensor that measures the mechanical load of the shaft 12 without contact by taking advantage of the magnetostrictive effect that results from lattice elongation of the steel of the shaft 12.
  • the sensor 70 supplies a signal whose course is composed of the oscillation amplitude of an excited torsional oscillation and, if applicable, disturbance variables, such as, for example, circulating magnetic fields. Therefore, the evaluation and control device 60 via ei ⁇ nen filter 61, to which the sensor 70 is connected.
  • the filter 61 is a bandpass filter which is adjustable to a specific frequency.
  • the bandpass filter 61 is set by a central unit 62 to a frequency which corresponds to the frequency of the oscillation signal 51.
  • the central unit 62 outputs at an output the frequency of the vibration Signal 51 for the vibration modulator 52 before.
  • the filter 61 receives the information about the frequency to be filtered also from this output.
  • the central unit 62 controls the power module 30 with different frequencies in a pulse-controlled manner via the vibration transmitter 50 and the controller 40, a torsional vibration in the shaft 12 of the sensor being attempted in each case during a pulse at a constant frequency for a period of 4 seconds Powertrain 10 to produce. Subsequently, a waiting time of 10 minutes is predetermined by the central unit 62 for thermal reasons, that is to say for the cooling of the components briefly operated with overload. Then the next frequency tries to excite a vibration.
  • the central unit 62 scans stepwise frequencies between 10 Hz and 90 Hz, one step being 1 Hz. This results in a test duration of about 14 hours.
  • a comparison unit 63 it is checked whether at an excitation frequency, a measurable torsional vibration of the shaft 12 occurs at a frequency near the excitation frequency. For this purpose, the output signal of the filter 61 is compared with a threshold value. If the comparison unit 63 determines that the measured oscillation signal is the
  • FIG. 2 shows the power module 30 in more detail. It comprises the power converter 31, which consists of two series-connected six-pulse bridge circuits. The six-pulse bridge circuits are equipped with thyristors. Each of the two six-pulse bridge circuits is in each case connected in a galvanically separated manner via the transformer 32 to the multipole 20, which is not shown in FIG. On the DC side of the power converter 31, the inductance 33, the resistor 34 and the current measuring device 35 are located.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment with an IGBT power module 30 'and an IGBT controller 40 ", which may be used in place of the power module 30 shown in Figure 1 and instead of the controller 40 shown in Figure 1.
  • the special feature of the IGBT Power module 30 ' is that it is equipped with an IGBT power converter 31', which is also due to the use of reverse blocking IGBT transistors tored to stimulate frequencies in the drive train, which are well above the power frequency of the multipole.
  • a capacitor 33' as the energy store instead of the inductance.
  • the capacitor 33 " has a capacitance value of 25 mF.
  • the IGBT controller 40 ' has an IGBT power converter controller 41' which receives a set value from the adder 42 which, as shown in Figure 1, is driven by a vibration signal (not shown).
  • the adder 42 takes into account, via a nominal-actual comparison with the aid of a voltage measuring device 35 ', the energy actually stored in the capacitor 33'.
  • the voltage measuring advises 35 ' is arranged for this purpose in shunt with the capacitance 33' in the DC circuit.
  • the drive of the IGBT transistors through the IGBT power converter control 41 ' takes place in a manner known per se with a voltage control.
  • the IGBT power converter 31 ' is in turn connected via a transformer 32 to the multipole 20, not shown here.
  • Coil current is plotted over time. At the time of measurement 1.4 seconds no current flows in the DC circuit, i. the coil has no energy stored. During about one tenth of a second, the current flow in the DC circuit is then increased to 200 A, thus storing energy in the magnetic field of the coil. Subsequently, the coil current is so controlled ge that it varies between about 100 A and 300 A with a Fre ⁇ frequency of about 24 Hz.
  • FIG. 4.2 shows how energy is taken or supplied to the generator 11 in FIG. 1 as a function of time by the fluctuating coil current.
  • the power transmitted by the power converter is shown over time.
  • the maximum transmitted power of the power converter is approximately 400 kW. Since the drive train shown in FIG. 1 has a torsional vibration resonance frequency of about 24 Hz, it is also possible to excite a vibration with the low power of about 400 kW.
  • the control of the DC circuit takes place by adjusting the voltage in the DC circuit, which leads to corresponding voltage and current characteristics in the DC circuit.
  • FIG. 5 shows a method according to the invention for determining a resonant torsional frequency of a drive train. The illustrated method is carried out with the excitation device shown in FIG. 1 on the drive train 10 shown in FIG.
  • step 101 the central unit 62 is initialized, where the frequency range which is to be checked is determined.
  • the frequency range is 10 Hz to 90 Hz, wherein it should be checked in steps of 1 Hz whether a resonant torsional vibration can be excited at the respective frequency.
  • step 102 the vibration generator 50 is given the first test frequency, which is the lowest frequency to be tested of 10 Hz.
  • step 103 the vibration transmitter 50 controls the power module 30 via the control 40 in such a way that active power is generated in the generator 11 at a frequency which corresponds to the current test frequency.
  • step 104 it is checked whether a torsional oscillation occurs in the shaft 12 at the test frequency and whether the amplitudes tude of the vibration is above a threshold. If the amplitude is above the threshold value, the method jumps in step 104 to step 105, in which the test frequency is stored with the determined measured value, which corresponds to the maximum oscillation amplitude after a specific excitation time. If no oscillation amplitude or oscillation amplitude below the threshold is detected, the method jumps to step 106 where the test frequency is increased by one step, ie, by 1 Hz. Even after step 105, in which the frequency and the maximum oscillation amplitude are stored, the method jumps to step 106.
  • a waiting time of 10 minutes is maintained in order to let the coil of the power module 30 cool down.
  • step 108 it is checked whether the test frequency increased by one frequency step is higher than the highest frequency to be tested (in this case: 90 Hz). If the test frequency is lower than or equal to 90 Hz, the method jumps back to step 103, in which an attempt is made to excite the shaft 12 to a torsional vibration at the new test frequency. Like the duration of the first excitation phase, the durations of successive excitation phases are 4 seconds.
  • the test frequencies of the stored frequencies are determined in step 109, between which presumably a resonant frequency of a torsional oscillation of the shaft 12 is located.
  • two adjacent stored frequencies are selected in which the excitation gave a higher measured value for an oscillation occurring than at the frequencies above or below it.
  • the area between these two frequencies is now divided once again by finer steps.
  • the first frequency is 24 Hz and the second frequency 25 Hz.
  • the other frequencies below 24 Hz and above 25 Hz have lower measured values than these two frequencies.
  • step 110 the frequencies 24 Hz and 25 Hz are set as the new lowest frequency to be tested and the highest frequency to be tested.
  • the step size is reduced to 0.05 Hz.
  • the resonant torsional frequency is determined more accurately in accordance with steps 103 to 108.
  • the frequency is then selected at which an excitation has yielded the highest measured value. In the present example, this is the frequency 24.1 Hz.
  • the drive train thus has a resonant torsional frequency at 24.1 Hz.
  • the result of the method is madege ⁇ ben.
  • steps 102 through 109 If it is determined in steps 102 through 109 that the powertrain has more than one torsional resonance frequency between 10 Hz and 90 Hz, steps 110 through 113 are performed for each of the torsional resonance frequencies.

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Abstract

Es wird eine Anregungsvorrichtung zur Anregung einer Torsionsschwingung in einem rotierenden Antriebsstrang (10) beschrieben, der mindestens eine elektrische Maschine (11) und einen angeschlossenen elektrischen Mehrpol (20) aufweist. Die Anregungsvorrichtung umfasst einen Energiewandler (33, 34) und einen Stromrichter (31), über den dem Antriebsstrang (10) ein Anregungsdrehmoment aufgeprägt werden kann. Weiterhin wird eine Steuereinrichtung (40, 50, 60) beschrieben, die den Stromrichter (31) mit unterschiedlichen Frequenzen ansteuert, um den rotierenden Antriebsstrang (10) mit unterschiedlichen Frequenzen anzuregen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Anregung einer TorsionsSchwingung in einem rotierenden Antriebssträng
Die Erfindung betrifft eine Anregungsvorrichtung zur Anregung einer Torsionsschwingung in einem Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Anregung einer Torsionsschwingung gemäß Anspruch 16.
In Antriebssträngen, die der Drehmomentübertragung dienen und die einen elektrischen Motor oder Generator enthalten, können Betriebszustände mit Torsionsschwingungen auftreten, die sich auf angrenzende Bauteile auswirken können oder schlimmsten¬ falls den Antriebsstrang selbst zerstören können. Besonders problematisch sind Torsionsschwingungen in Antriebssträngen mit großen bewegten Massen in Verbindung mit geringen Dämp¬ fungen, wie sie insbesondere für den Werkstoff Stahl typisch sind. Zur Verhinderung dieser gefährlichen Betriebszustände ist es wichtig, die Frequenzen zu kennen, bei denen das Sys¬ tem besonders leicht zu Schwingungen angeregt werden kann. Diese Frequenzen sind im Allgemeinen die Torsionsschwingungs- resonanzfrequenzen der Welle, bei denen sich ein Teil der Welle gegenüber einem anderen Teil der Welle jeweils mit den daran angeschlossenen Massen geringfügig verdreht, wodurch es zu einer Torsionsbelastung in der Welle kommt. Die Höhe der Resonanzfrequenzen ist insbesondere von den Massenträgheits¬ momenten der an dem Antriebsstrang angeschlossenen Maschinen und den Federsteifigkeiten der Wellenverbindungen zwischen den Maschinen abhängig. Eine Berechnung der Resonanzfrequen¬ zen gestaltet sich schwierig, da insbesondere die Torsionsfe- dersteifigkeiten der Wellen und Kupplungen oftmals schwierig zu erfassen sind. Um das mechanische Antwortverhalten eines Antriebsstrangs auf eine Anregung einer Torsionsschwingung zu untersuchen, ist es möglich, bei ungefährer Kenntnis der Resonanzfrequenz der Torsionsschwingung den Antriebsstrang mit einer Frequenz an¬ zuregen, die etwa der Resonanzfrequenz entspricht (siehe Pub¬ likation "Damping of Torsional Resonances in Generator Shafts using a Feedback Controlled Buffer Storage of Magnetic Ener¬ gy" von C. Sihler et al. , International Conference on Power Systems Transients, New Orleans, LA, USA, 3b-6) . Dieses
Verfahren ist jedoch zur Ermittlung einer Resonanzfrequenz nicht geeignet, da für seine Umsetzung die Resonanzfrequenz zumindest näherungsweise bereits bekannt sein muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anregung von Torsionsschwingungen in ro¬ tierenden Antriebssträngen anzugeben, wobei die Anregung mit möglichst geringem Aufwand und auf möglichst zuverlässige Weise erfolgen soll und Resonanzschwingungen im Antriebs- sträng ermittelbar sein sollen.
Diese Aufgaben werden hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Ausfüh- rungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass ein Stromrichter, über den eine elektrische Maschine des Antriebsstrangs mit einem Anregungsdrehmoment beaufschlagt werden kann, mit un¬ terschiedlichen Frequenzen angesteuert wird. Dies ist vor¬ teilhaft, da bei einer Anregung mit verschiedenen Frequenzen keine genaue Kenntnis der Resonanztorsionsfrequenz notwendig ist, um diese anzuregen. Vorteilhafterweise weist die Anregungsvorrichtung eine Steu¬ ereinrichtung auf, die dazu geeignet ist, den Stromrichter mit unterschiedlichen, vorgegebenen Frequenzen anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise ein handelsüblicher Computer mit einer Digital/Analog-Wandlerkarte sein, mit der es möglich ist, Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz vorzugeben. Wird die Steuereinrichtung so eingestellt, dass sie nacheinander unterschiedliche Frequenzen für den Strom- richter vorgibt, so hat dies den Vorteil, dass der Antriebs¬ strang automatisch nacheinander mit verschiedenen Frequenzen angeregt wird. Die Steuereinrichtung kann auch eine speziell für die Anregungsvorrichtung hergestellte und programmierte elektronische Schaltung sein. Damit ließe sich der Vorteil realisieren, dass die Steuereinrichtung möglichst kompakt aufgebaut werden kann, um die Anregungsvorrichtung als kom¬ paktes, wenn möglich tragbares Gerät auszugestalten.
Vorzugsweise wird zur Anregung einer Torsionsschwingung in dem rotierenden Antriebsstrang, der die elektrische Maschine aufweist, der Stromrichter mit einem daran angeschlossenen Energiewandler verwendet. Der Stromrichter ist über einen elektrischen Mehrpol, beispielsweise über eine Drehstromlei¬ tung mit der elektrischen Maschine verbunden. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise Teil des Antriebsstrangs, das heißt sie ist ohnehin im Antriebsstrang vorhanden und muss nicht allein für die Anregung zusätzlich am Antriebsstrang ange¬ schlossen werden. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzli¬ che elektrische Maschine benötigt wird, um die Torsions- Schwingung anzuregen. Weist ein Antriebsstrang mehrere elekt¬ rische Maschinen auf, so kann jede der Maschinen oder auch mehrere der Maschinen über einen Stromrichter mit einem Anre¬ gungsdrehmoment beaufschlagt werden. Es ist auch möglich, mehrere Stromrichter zu verwenden, um eine oder mehrere elektrische Maschinen anzuregen. Die Verwendung von mehreren Stromrichtern hat den Vorteil, dass dadurch die maximale Nennleistung der Anregungsvorrichtung skalierbar ist.
Vorzugsweise wird mit dem Stromrichter dem Antriebsstrang über die elektrische Maschine Energie entnommen und an einen Energiewandler weitergegeben. Der Energiewandler kann dazu geeignet sein, die entnommene Energie in Wärme umsetzen. Wird nun der Stromrichter mit einer bestimmten Frequenz angesteu- ert, so hat dies den Vorteil, dass dem Antriebsstrang mit dieser Frequenz Energie entnommen wird. Dadurch erfolgt eine Anregung des Antriebsstrangs mit dieser Frequenz .
Umgekehrt kann dem Antriebsstrang über den Stromrichter und die elektrische Maschine entsprechend Energie zugeführt wer¬ den. Dies hat den Vorteil, dass dem Antriebsstrang für die gewünschte Anregung keine Energie entnommen werden muss. Die Energie kann beispielsweise von einem Energiewandler bereit¬ gestellt werden, der gespeicherte Energie in elektrische E- nergie für den Stromrichter wandeln kann. So ist es bei¬ spielsweise möglich, eine Batterie oder eine Anordnung von Kondensatoren dazu zu verwenden, Energie zu speichern, und diese in elektrische Energie zu wandeln, wenn der Stromrich¬ ter die elektrische Maschine mit Energie versorgt, um dem An- triebsstrang ein Anregungsdrehmoment aufzubringen. Die ge¬ speicherte Energie kann beispielsweise aus einem allgemeinen Versorgungsnetz zur Verfügung gestellt werden.
Besondere Vorteile ergeben sich, falls dem Antriebsstrang Energie sowohl entnommen als auch zugeführt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass eine besonders effektive Schwin¬ gungsanregung möglich ist, da der Antriebsstrang während ei¬ ner Schwingungsperiode beschleunigt und während einer folgen¬ den Schwingungsperiode abgebremst werden kann. Das Abbremsen und Beschleunigen geschieht dabei mit der Anregungsfrequenz. Weitere Vorteile können sich ergeben, falls die Energie, die dem Antriebsstrang entnommen wird, zumindest teilweise wäh¬ rend einer Beschleunigungsphase auch wieder zugeführt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Anregungsvorrichtung ledig¬ lich an den mit der elektrischen Maschine verbundenen Mehrpol angeschlossen werden muss. Sollte jedoch eine stärkere Anre¬ gung gewünscht sein oder ist eine externe Energieversorgung für verschiedene andere Einrichtung der Anregungsvorrichtung sinnvoll, so kann auch eine weitere Energieversorgung bei¬ spielsweise in Form einer Batterie für einen mobilen Betrieb oder in Form eines Netzanschlusses bereitgestellt werden. Ein weiterer Vorteil des wechselweisen Entnehmens und Zufügens von Energie besteht darin, dass die Anregungsvorrichtung nur über eine geringe Leistung verfügen muss, da in der Anre¬ gungsvorrichtung kaum Verlustleistung anfällt. Der Erfinder hat festgestellt, dass es für praktische Anwendungen ausrei¬ chend ist, wenn der Energiewandler lediglich die Energie we¬ niger Schwingungshalbwellen speichern kann. Dies ist deshalb von Vorteil, da dadurch die Anregungsvorrichtung äußerst kom¬ pakt aufgebaut werden kann und so ausführbar sein kann, dass sie sich auch zum mobilen Einsatz eignet.
Vorzugsweise wird der Energiewandler über einen Gleichstrom- kreis mit Wechselstromanteil an den Stromrichter angeschlos¬ sen. Ein Gleichstromkreis bietet den Vorteil, dass der Strom¬ richter zu jedem beliebigen Zeitpunkt dem Gleichstromkreis und dem Energiewandler Energie entziehen kann. Der Wechsel¬ stromanteil ergibt sich aus der Stromsteuerung des Gleich- Stromkreises bei Entnahme oder Zuführung von Energie über den Stromrichter aus der oder in die elektrische Maschine des An¬ triebsstrangs. Durch Steuerung des Stroms im Gleichstromkreis unter Verwendung des Stromrichters kann die Menge der entnom¬ menen oder zugeführten Energie beeinflusst werden. Dies bie- • tet den Vorteil, dass auf sehr einfache Weise, nämlich ledig¬ lich durch Steuerung des Stromrichters der Antriebsstrang mit Energie versorgt wird oder ihm Energie entnommen wird, um ihn dadurch mit einem Anregungsdrehmoment zu beaufschlagen.
Vorzugsweise weist der Energiewandler eine Induktivität auf. Induktivitäten bieten den Vorteil, dass sie in kurzer Zeit eine hohe Energie aufnehmen können und diese Energie auch in kurzer Zeit wieder abgeben können. Als Induktivität wird vor- zugsweise eine Spule verwendet. Die Spule kann beispielsweise eine Induktivität zwischen 20 mH und 200 mH aufweisen. Der Widerstand der Spule sollte umso niedriger sein, je höher die geforderte Ausgangsleistung der Anregungsvorrichtung ist. Für eine Ausgangsleistung von beispielsweise 300 kW kann eine Spule mit 100 mH und einem Widerstand von 1 Ohm ausreichend sein. Vorteilhafterweise ist die Spule luft- oder wasserge¬ kühlt. Ist die Spule luftgekühlt, so bietet dies den Vorteil, dass zur Kühlung der Spule lediglich eine ausreichende Luft¬ zufuhr ermöglicht werden muss. Eine Wasserkühlung bietet den Vorteil, dass die Spule kompakter aufgebaut werden kann. Mit einer Spule als Energiewandler ist es möglich, dem Antriebs¬ strang über den Stromrichter und die elektrische Maschine Energie zu entnehmen, diese in der Spule in magnetische Ener¬ gie zu wandeln und die gespeicherte magnetische Energie zu- mindest teilweise zu einem anderen Zeitpunkt wieder in elekt¬ rische Energie zu wandeln, um sie über den Stromrichter wie¬ der der elektrischen Maschine und damit dem Antriebsstrang zuzuführen. Eine Spule bietet dabei auch den Vorteil, dass sie nur einen sehr geringen Verlust aufweist, der von ihrem Widerstand abhängig ist. Es ergibt sich dadurch eine beson¬ ders energiesparende und effektive Anregung des Antriebs¬ strangs. Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist der Energiewandler mindestens ein elektrischer Widerstand. Ein elektrischer Widerstand hat den Vorteil, dass er beson¬ ders günstig herzustellen ist und einfach zu betreiben ist. Der Widerstand kann dazu dienen, Energie, die dem Antriebs¬ strang über die elektrische Maschine und den Stromrichter entnommen wurde, in Wärme umzuwandeln.
Wird ein Kondensator als Energiespeicher verwendet, so bietet dies den Vorteil, dass dem Antriebsstrang sowohl Energie ent¬ nommen als auch wieder zugeführt werden kann. Ein Kondensator bietet weiterhin den Vorteil, dass er spannungsgesteuert be¬ trieben werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, falls der Stromrichter mit IGBT-Transistoren bestückt ist, da mit IGBT-Transistoren eine Spannungssteuerung besonders leicht zu realisieren ist.
Vorzugsweise besitzt der Stromrichter eine Nennleistung von maximal 2% der Nennleistung der elektrischen Maschine. Dies hat den Vorteil, dass der Stromrichter und der daran ange¬ schlossene Energiewandler für eine geringe Nennleistung aus¬ gelegt werden können, wodurch eine sehr kompakte Bauform mög¬ lich ist. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Nennleis¬ tung des Stromrichters und des Energiewandlers, also bei- spielsweise der an den Stromrichter angeschlossenen Spule, so gering ist, dass die Anregungsvorrichtung als tragbares Gerät hergestellt werden kann. Dazu kann der Stromrichter eine Nennleistung von maximal 1% der Nennleistung der elektrischen Maschine besitzen. Es ist jedoch auch möglich, dass die maxi- male Nennleistung des Stromrichters 5% der Nennleistung der elektrischen Maschine beträgt. Dies bietet den Vorteil, dass auch mit relativ starken Drehmomenten der Antriebsstrang an¬ geregt werden kann. Die Nennleistung ist dabei die Leistung, die der Stromrichter und die Spule jeweils auf Dauer zu leis¬ ten fähig sind, ohne dass sie Schaden nehmen.
Vorteilhafterweise werden im Stromrichter abschaltbare HaIb- leiterbauelemente wie beispielsweise IGBT-Transistoren oder GTO-Thyristoren verwendet. Solche Stromrichter haben den Vor¬ teil, dass sie Signale mit nahezu jeder Frequenz erzeugen können. Alternativ ist es auch möglich, den Stromrichter mit herkömmlichen Thyristoren zu bestücken, die den Vorteil bie- ten, dass sie günstiger in der Herstellung sind. Abschaltbare Halbleiterbauelemente bieten gegenüber herkömmlichen Thy¬ ristoren den Vorteil, dass sie zum Abschalten des Stromdurch¬ flusses in einem Ventil des Stromrichters nicht auf einen Nulldurchgang der Wechselspannungsseite des Stromrichters warten müssen. Dadurch ist es möglich, im Antriebsstrang auch Torsionsschwingungen mit Frequenzen anzuregen, die deutlich, beispielsweise zweifach, über der Netzfrequenz des Wechsel¬ stromnetzes des Mehrpols liegen.
Das Verfahren und die Anregungsvorrichtung sind besonders ge¬ eignet für Anlagen mit elektrischen Maschinen, bei denen die Masse der rotierenden Antriebswelle mit den daran befestigten mitrotierenden Teilen mehr als 10 t oder beträgt. Der Einsatz der Anregungsvorrichtung ist deshalb bei solchen Anlagen be- sonders vorteilhaft, da die Anregungsvorrichtung mit einer geringen Nennleistung ihrer Teile auskommt und daher auch bei solch großen Anlagen nicht besonders aufwändig in der Her¬ stellung oder beim Transport ist und daher auch mobil einge¬ setzt werden kann. Außerdem weisen Anlagen, bei denen die Masse der mitrotierenden Teile groß ist, im Allgemeinen tiefe Resonanzfrequenzen bei geringer Dämpfung auf, wofür das er¬ findungsgemäße Verfahren und die Anregungsvorrichtung beson¬ ders geeignet sind. So ist ihr Einsatz besonders vorteilhaft, wenn das Gesamtmassenträgheitsmoment des Antriebsstrangs mit den daran montierten Teilen mehr als 500 kgm2 beträgt. Der Einsatz kann aber auch bei größeren Massenträgheitsmomenten sinnvoll sein, z.B. über 1000 kgm2. Insbesondere eignet sich das Verfahren für sehr große Massenträgheitsmomente von über 20.000 kgm2 oder 80.000 kgm2. So ist der Einsatz besonders vorteilhaft bei Gesamtmassen der rotierenden Teile eines An¬ triebsstrangs von über 30 t oder 100 t. Da kleinere Anlagen mit geringeren Massen oder Massenträgheitsmomenten geringere Leistungen zur Anregung einer Torsionsschwingung benötigen, ist eine Anregungsvorrichtung, die für große Anlagen ausge¬ legt ist, auch dazu geeignet, kleine Anlagen anzuregen, wes¬ wegen sie besonders universell einsetzbar ist.
Vorteilhafterweise weist die Anregungsvorrichtung eine Mess- einrichtung auf, mit der eine Regelgröße ermittelt werden kann. Die Regelgröße repräsentiert die Torsionsbeanspruchung an mindestens einer Stelle des Antriebsstrangs. Dies hat den Vorteil, dass eine Reaktion des Antriebsstrangs auf eine Schwingungsanregung durch die Anregungsvorrichtung verfolgt werden kann. Die Messeinrichtung kann aus einem oder mehreren Sensoren bestehen. Mehrere Sensoren haben den Vorteil, dass durch eine geeignete Signalaufbereitung der Sensorsignale Störgrößen ausgefiltert werden können. Ein einzelner Sensor hat den Vorteil, dass dieser einen geringern Aufwand für den Auf- und Einbau der Messeinrichtung bedingt. Beim Einsatz mehrerer Sensoren werden diese vorzugsweise an verschiedenen Positionen des Antriebsstrangs angebracht. Die verschiedenen Positionen können azimuthal oder axial bezüglich des An¬ triebsstrangs zueinander beabstandet sein. So ist beispiels- weise eine Anordnung von zwei Torsionsdehnungsmesssensoren auf zwei gegenüberliegenden Positionen des Antriebsstrangs vorteilhaft, dergestalt, dass die beiden Sensoren einen Azi- muthalwinkel von 180° einschließen. Bei geeigneter Verarbei¬ tung der Ausgangssignale der Sensoren können so Störgrößen, die durch eine über den Umfang variierende Eigenschaft der Antriebswelle bedingt sind, ausgefiltert werden. Bei geeigne¬ ter Signalaufbereitung sind auch andere Azimuthalwinkel mög¬ lich, beispielsweise 30° oder 90°. Vorzugsweise können auch mehrere Sensoren axial zueinander beabstandet angebracht wer¬ den. Axial voneinander beabstandete Torsionsdehnungsmesssen- soren sind insbesondere vorteilhaft, wenn zunächst die exakte Eigenform der Resonanztorsionsschwingung und der Ort der höchsten mechanischen Beanspruchung unbekannt sind. Auch kön- nen auf diese Weise Torsionsschwingungseigenformen zumindest näherungsweise bestimmt werden.
Als Sensoren eignen sich alle Sensoren, die eine Torsionsbe¬ anspruchung an einer Stelle oder in einem Bereich des An- triebsstrangs wiedergeben können. So sind beispielsweise auf dem magnetostriktiven Effekt basierende induktive Sensoren geeignet, Torsionsdehnungen des Antriebsstrangs berührungslos auch bei einem Rotieren des Antriebsstrangs zu erfassen. Es können jedoch auch andere Sensoren eingesetzt werden, bei- spielsweise Dehnungsmessstreifen, die auf dem Antriebsstrang montiert sind. Das Signal der Dehnungsmessstreifen kann bei¬ spielsweise über Funk oder über einen Schleifringübertrager von der rotierenden Welle abgenommen werden. Weiterhin können auch Drehwinkelgeschwindigkeitsmesssensoren geeignet sein, eine Torsionsbeanspruchung zu ermitteln. So kann aus den Ge¬ schwindigkeitsunterschieden zweier axial voneinander beabstandeter Stellen des Antriebsstrangs eine Verdrehung des Bereichs zwischen diesen beiden Stellen (Torsion) ermittelt werden. Drehwinkelgeschwindigkeitsaufnehmer haben gegenüber magnetostriktiven Serisoren den Vorteil, dass sie kostengüns¬ tiger sein können. Magnetostriktive Sensoren haben insbeson¬ dere den Vorteil, dass sie berührungslos arbeiten und eine Montage auch bei rotierendem Antriebsstrang möglich ist. Dies ist insbesondere bei großen Anlagen von Vorteil, bei denen ein Stoppen der Anlage zur Montage der Messeinrichtung und der Anregungsvorrichtung größere Kosten verursachen würde. Da auch die Anregungsvorrichtung lediglich an den Mehrpol ange¬ schlossen werden muss, der mit der elektrischen Maschine ver- bunden ist, ist auf diese Weise ein Aufbau der •Anregungsvor¬ richtung an einer bestehenden Anlage während des regulären Betriebs der Anlage möglich.
Vorzugsweise weist die Anregungsvorrichtung einen Regler auf, der die Steuereinrichtung regelt und die Stärke des Anre¬ gungsdrehmoments in Abhängigkeit der Regelgröße regelt. Dies hat den Vorteil, dass bei Überschreiten eines Schwellwertes der Regelgröße die Stärke des Anregungsdrehmoments vermindert werden kann, um eine Beschädigung der Antriebswelle oder an- derer Anlagenteile zu vermeiden. Es ist auch möglich, die
Stärke des Anregungsdrehmoments zu erhöhen, falls bei einer Frequenz nach einer Anzahl von Anregungsperioden keine mess¬ bare Torsionsschwingung festzustellen ist. Dies hat den Vor¬ teil, dass zuerst mit geringen Anregungsdrehmomenten versucht werden kann, den Antriebsstrang bei einer Frequenz zu einer Torsionsschwingung anzuregen. Falls es nicht gelingt, kann die Stärke des Anregungsdrehmoments erhöht werden. Durch die¬ se Prozedur kann die Dauer des Messverfahrens verkürzt wer¬ den.
Vorzugsweise weist die Anregungsvorrichtung eine Speicherein¬ richtung zur Speicherung von Frequenzen oder anderer Parame¬ ter des Betriebs der Anregungsvorrichtung auf. Dies hat den Vorteil, dass die Anregungsfrequenzen mit verschiedenen ande- ren Betriebsparametern nach einem Test analysiert werden kön¬ nen, um beispielsweise festzustellen, welche Resonanzfrequen¬ zen der Antriebsstrang aufweist. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Frequenzen abgespeichert werden, bei denen ei¬ ne Überschreitung des Schwellwerts durch die Regelgröße auf- tritt. Dies hat den Vorteil, dass nach einem Versuchsdurch¬ lauf, bei dem verschiedene Frequenzen durchlaufen wurden, im Bereich der dabei abgespeicherten Frequenzen noch einmal Ver¬ suche gestartet werden können. Dabei kann genau ermittelt werden, bei welcher Frequenz es möglich ist, eine Torsions¬ schwingung in dem Antriebsstrang anzuregen. So kann bei¬ spielsweise, falls eine bestimmte Frequenz abgespeichert wur¬ de, bei der eine Schwellwertüberschreitung festgestellt wur¬ de, ein Bereich von 5% oberhalb und unterhalb dieser Frequenz noch einmal in kleineren Schritten abgetastet werden, um festzustellen, wie hoch die Resonanzfrequenz ist. Alternativ ist es auch möglich, alle Frequenzen abzuspeichern und für jede der Frequenzen die gemessene Maximalamplitude einer e- ventuell auftretenden Torsionsschwingung mit abzuspeichern. Dies hat den Vorteil, dass bei einer anschließenden Auswer¬ tung auch quantitative Aussagen beispielsweise über die Dämp¬ fung bei einer bestimmten Resonanztorsionsschwingung getrof¬ fen werden können.
Vorzugsweise weist die Anregungsvorrichtung eine Auswerteein¬ richtung auf, die aus den gespeicherten Frequenzen Torsions- schwingungsresonanzfrequenzen ermittelt. Falls beispielsweise zwei nahe beieinander liegende Frequenzen ermittelt werden, bei denen eine Schwellwertüberschreitung auftritt, so kann eine dazwischenliegende Resonanztorsionsfrequenz errechnet werden. Die nahe beieinander liegenden Frequenzen können zwei aufeinanderfolgende Frequenzen sein, die bei einem schritt¬ weisen Abtasten eines Frequenzbereiches sich lediglich durch einen Frequenzschritt unterscheiden. Das Berechnen der Reso- nanzfrequenz aus zwei Frequenzen, bei denen die Auswerteein¬ richtung eine Überschreitung des Schwellwertes festgestellt hat, kann beispielsweise durch ein Interpolationsverfahren geschehen. Es ist auch möglich, die Phasenverschiebung der angeregten Torsionsschwingung, die mit der Messeinrichtung erfasst wird, gegenüber der Phasenlage des Anregungsdrehmo¬ mentes zu berücksichtigen, um bestimmen zu können, ob eine Anregungsfrequenz über oder unterhalb einer Resonanztorsions¬ frequenz liegt. So ist eine Phasenverschiebung nach vorne ein Zeichen dafür, dass die Resonanzfrequenz höher ist als die Anregungsfrequenz, und umgekehrt. Weiterhin ist es möglich, eine Resonanztorsionsfrequenz aus dem Ausschwingen einer an¬ geregten Torsionsschwingung nach Beendigung der Anregung zu messen. Tritt keine weitere Anregung mehr auf, so schwingt eine Torsionsschwingung mit ihrer jeweiligen Resonanzfrequenz aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Anregungsvorrichtung ein Ausgabegerät auf, mit dem eine automatisch ermittelte Torsionsresonanzfrequenz für ei¬ nen Benutzer ausgegeben werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Benutzer die Torsionsresonanzfrequenz nicht aus Messergebnissen oder Betriebsparametern selbst ermitteln muss.
Angeregt wird vorzugsweise ein Antriebsstrang, der mindestens eine Maschine zur elektrisch mechanischen Energiewandlung aufweist, wobei dies zum Beispiel ein Generator und/oder ein Motor sein kann. Die Maschine kann eine Synchron- oder Asyn- chron-Maschine sein. Die Erfindung eignet sich besonders für die Verwendung mit einer Synchronmaschine, da mit dieser durch die Bereitstellung der Anregungsenergie in einem Gleichstromkreis die Schwingungsanregung unabhängig von der Netzfrequenz des Mehrpols und damit von der Rotationsge- schwindigkeit des Antriebsstrangs ist. Wird für den Strom¬ richter beispielsweise eine Brückenschaltung mit IGBT- Transistoren verwendet, so können auch deutlich höhere Fre¬ quenzen als die durch die Drehzahl der Welle der Synchronma¬ schine festgelegte Netzfrequenz angeregt werden. Alternativ ist es auch möglich, höhere Frequenzen als die Netzfrequenz beispielsweise mit einer 12-Puls-Thyristor-Brückenschaltυng anzuregen.
Angeregt wird vorzugsweise ein Antriebsstrang, der mindestens eine Maschine zur elektrisch-mechanischen Energiewandlung aufweist, beispielsweise eine Dampfturbine mit angeschlosse¬ nem Generator, eine Windkraftanlage mit Generator, eine Was¬ serkraftturbine mit Generator oder ein Zwischenspeicher für elektrische Energie mit einem Schwungrad, einem Motor, der das Schwungrad antreibt und einem Generator. Es ist auch mög¬ lich, Propellerwellen von Schiffen über einen an der Propel¬ lerwelle angebrachten Generator anzuregen. Es können auch an¬ dere Antriebskonfigurationen, beispielsweise Antriebe von Kränen oder Aufzügen oder deren Motoren zu Schwingungen ange¬ regt werden. Dazu muss die Anregungsvorrichtung lediglich an den Mehrpol angeschlossen werden, der den Motor mit elektri¬ scher Energie versorgt. Weiterhin ist es möglich, über den elektrischen Motor einer Walzanlage oder den elektrischen An- trieb einer Königswelle Torsionsschwingungseigenfrequenzen dieser Anlagen zu ermitteln. Im Fall der Königswelle mit meh¬ reren an der Königswelle angeschlossenen mechanischen Abtrie¬ ben ergibt sich als besonderer Vorteil, dass zur Anregung verschiedener Torsionsschwingungseigenformen lediglich eine erfindungsgemäße Anregungsvorrichtung an den elektrischen An¬ trieb der Königswelle angeschlossen werden muss. Wird mit ei¬ ner erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Windkraftanlage ange¬ regt, so kann beispielsweise überprüft werden, ob die Wind¬ kraftanlage allen im Betrieb zu erwartenden Belastungen Stand hält.
Je nach Anwendungsfall kann die Anwendbarkeit des Verfahrens und der Anregungsvorrichtung einen zusätzlichen technischen Aufwand erfordern, beispielsweise bei einem drehzahlveränder- liehen Betrieb der Antriebswelle. Dieser Aufwand betrifft im Wesentlichen die Anpassung des Stromrichters an eine ggf. in einem größeren Bereich veränderliche Netzfrequenz. Auch eine als Energiewandler und Energiespeicher verwendete Spule kann unterschiedlichen Anwendungsfällen angepasst werden, insbe¬ sondere bezüglich ihrer Induktivität und ihres Innenwider¬ standes.
Vorteilhafterweise wird der Stromrichter mit seiner wechsel- stromseitigen Seite galvanisch vom Wechselstromkreis ge¬ trennt. Dies hat den Vorteil, dass die Spannung auf der wech- selstromseitigen Seite des Stromrichters über das Überset¬ zungsverhältnis des Transformators eingestellt werden kann. Diese Einstellung erfolgt in Abhängigkeit von der Spannung im Mehrpol, an den die elektrische Maschine angekoppelt ist. Es ist auch eine Anordnung ohne galvanische Trennung möglich, wobei sich Vorteile aus dem Verzicht auf den Transformator ergeben können, insbesondere im Hinblick auf die Gesamtmasse der Anregungsvorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Antriebsstrang, der mindestens eine elektrische Maschine und eine über einen elektrischen Mehrpol angeschlossene erfindungsgemäße Anre¬ gungsvorrichtung aufweist. Besondere Vorteile ergeben sich, falls die elektrische Maschine, an die die Anregungsvorrich¬ tung angeschlossen ist, ein fest installiertes Teil des An¬ triebsstrangs ist. In diesem Fall sind keine zusätzlichen elektromechanischen Schwingungsanreger wie zusätzliche Moto¬ ren notwendig, um die Schwingung anzuregen. Dies ist insbe- sondere bei Antriebssträngen mit großen bewegten Massen von Vorteil, da eine Maschine, die einen solchen Antriebsstrang anregen könnte, auch über große Ausmaße verfügen würde, da sie eine große Leistung auf den Antriebsstrang aufbringen müsste, um diesen anzuregen. Die fest installierte Maschine kann beispielsweise der Generator einer Dampfturbine,' der Ge¬ nerator einer Windkraftanlage, der Stromgenerator einer Pro¬ pellerwelle, der Motor eines Antriebs oder eine elektrische Maschine sein, die an einem Antriebsstrang zeitweise als Mo- tor und zeitweise als Generator eingesetzt wird, beispiels¬ weise an einem Energiespeicher mit einem Schwungrad.
Vorzugsweise wird im.Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Antriebsstrang für eine vorgegebene Anregungszeit ein An- regungsdrehmoment aufgeprägt, das eine bestimmte Frequenz aufweist. Anschließend wird für eine vorgegebene Zeit abge¬ wartet. Dies hat den Vorteil, dass die Anregungsvorrichtung nur für einen bestimmten begrenzten Zeitraum betrieben wird und anschließend während der Wartezeit abkühlen kann. Dadurch kann die Nennleistung der Anregungsvorrichtung vorteilhafter¬ weise weit unterhalb der tatsächlichen Anregungsleistung lie¬ gen. So ist es beispielsweise möglich, für kurze Zeit, bei¬ spielsweise 2 bis 8 Sekunden, eine Spule mit dem fünffachen ihrer Nennleistung zu belasten. So kann mit einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung, die eine Nennleistung von 1% der von der Maschine maximal gewandelten Leistung aufweist, die Maschine kurzzeitig mit 5% ihrer maximal gewandelten Leistung angeregt werden. Beträgt beispielsweise die Nennleistung des Strom¬ richters oder der Spule 40 A, so kann für 4 Sekunden der An- triebsstrang mit einer Leistung angeregt werden, die einen
Strom in der Spule von 200 A erfordert. Während der Wartezeit wird der Spulenstrom im Gleichstromkreis mit dem darin ange¬ ordneten Energiewandler, der auch beispielsweise ein Wider¬ stand sein kann, abgeschaltet oder wenigstens gegenüber den Anregungszeiten vermindert, um dem Energiewandler, beispiels¬ weise der Spule oder dem Widerstand Zeit zum Abkühlen zu ge¬ ben. Anschließend an die Wartezeit wird wieder ein Anregungs¬ drehmoment auf den Antriebsstrang aufgeprägt, vorzugsweise mit einer anderen Frequenz. Dies hat den Vorteil, dass nach- einander das Antwortverhalten des Antriebsstrangs auf Torsi- onsschwingungsanregungen mit verschiedenen Frequenzen getes¬ tet werden kann. Wird das beschriebene Verfahren mehrmalig wiederholt, so bietet dies den Vorteil, dass viele verschie- dene Frequenzen getestet werden können. Dabei kann beispiels¬ weise so vorgegangen werden, dass ein Frequenzbereich zwi¬ schen 5 und 500 Hz schrittweise getestet wird. Die Schritt¬ weite kann beispielsweise ein Zehntel, ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Frequenzbereiches ausmachen. Werden auto- matisch schrittweise nacheinander verschiedene Frequenzen ge¬ testet, so kann die Anregungsvorrichtung über eine lange Zeit automatisch verschiedene Frequenzen durchtesten, um eine oder mehrere Resonanzfrequenzen zu ermitteln. Dieser Betrieb kann unabhängig von einem manuellen Eingreifen gestaltet werden. Über eine Messeinrichtung kann die Anlage auch überwacht wer¬ den, damit es zu keinen Beschädigungen am Antriebsstrang oder anderen Teilen kommt. Damit ist es nahezu unerheblich, wie lange die Anregungszeiten und die Wartezeiten sind. Dies er¬ möglicht es, mit sehr geringen Leistungen den Antriebsstrang zu Torsionsschwingungen anzuregen, da für die Anregung bei einer bestimmten Frequenz nahezu uneingeschränkt Zeit zur Verfügung steht. Bei einer geringen Dämpfung, wie dies insbe¬ sondere bei großen Antriebssträngen mit großen bewegten Mas¬ sen beispielsweise über 20 t der Fall ist, bauen sich auch bei einer Anregung mit geringer Leistung nahe einer Resonanz¬ frequenz messbare Torsionsschwingungen auf, falls lange genug angeregt wird.
Vorzugsweise wird eine Wartezeit gewählt, die länger ist als die Zeitdauer der vorangegangenen Anregung. Damit wird ermög¬ licht, dass die Anregungsvorrichtung ausreichend Zeit hat ab¬ zukühlen. Es kann auch ein Thermoelement oder mehrere Thermo¬ elemente vorgesehen sein, die den Betrieb der Anregungsvor¬ richtung überwachen, um bei einer drohenden Überlastung der Anregungsvorrichtung abzuschalten oder um die Wartezeit ab¬ hängig von einer erreichten Auskühltemperatur zu wählen. Dies hätte den Vorteil, dass die Anlage vor Beschädigungen ge¬ schützt wird und die Gesamtdauer des Tests minimiert wird, da nicht übermäßig lange auf eine ausreichende Abkühlung der An¬ regungsvorrichtung gewartet werden muss. Außerdem kann der Zeitpunkt des Beginns einer nachfolgenden Anregung auch davon abhängig gemacht werden, ob eine mit der vorherigen Anregung angeregte Schwingung wieder abgeklungen ist, d.h. beispiels- weise der Messwert unter einen bestimmten Schwellwert gefal¬ len ist. Dies hat den Vorteil, dass eine nachfolgende Messung nicht durch die Schwingungsanregung einer vorherigen Messung verfälscht wird. Auch kann eine Reihenfolge der Testfrequen¬ zen gewählt werden, bei der Frequenzabstand zweier aufeinan- der folgender Anregungen so groß ist, dass eine mit der ers¬ ten Frequenz angeregte Schwingung die nächste Messung bei der Anregung mit der zweiten Frequenz nicht beeinflusst. Bei¬ spielsweise könnte in der folgenden Reihenfolge angeregt wer¬ den: 20 Hz, 70 Hz, 150 Hz, 21 Hz, 71 Hz, 151 Hz usw.. Dabei hätte eine bei 20 Hz angeregte Torsionsschwingung drei Anre¬ gungsphasen Zeit abzuklingen, bevor sie die Messung bei 21 Hz beeinflussen könnte. Die Messungen bei 70 Hz und 150 Hz wer¬ den durch eine Schwingung mit 20 Hz nicht beeinflusst, da diese ausgefiltert werden kann.
Vorzugsweise werden nach einem Abtasten eines Frequenzbe¬ reichs, d.h. dem Aufprägen von Anregungsdrehmomenten mit un¬ terschiedlichen Frequenzen, ein oder mehrere Bereiche des be¬ reits untersuchten Frequenzbereichs genauer untersucht. Wird beispielsweise festgestellt, dass bei einem ersten schritt¬ weisen Abtasten eines Frequenzbereichs bei bestimmten Fre¬ quenzen eine Schwellwertüberschreitung auftritt, so können Bereiche (beispielsweise +/- 2%) genauer untersucht werden. Wird eine Schwellwertüberschreitung der mit der Messeinrich- tung gewonnenen Regelgröße bei zwei Frequenzen festgestellt, die lediglich um einen Schritt auseinanderliegen, so ist zu vermuten, dass zwischen diesen beiden Frequenzen eine Reso¬ nanzfrequenz einer Torsionsschwingung liegt. Vorteilhaft ist es dann, wenn dieser Bereich noch einmal mit einer kleineren Schrittweite abgetastet wird. Das heißt, dass beispielsweise mit der tieferen Frequenz begonnen wird, dem Antriebsstrang Anregungsdrehmomente aufzubringen, um dann in kleineren Schritten die Frequenz zu erhöhen und dem Antriebsstrang An- regungsdrehmomente mit der schrittweise erhöhten Frequenz aufzuprägen. Hierfür können beispielsweise Schrittweiten ge¬ wählt werden, die ein Zehntel der beim ersten Durchlauf ver¬ wendeten Schrittweiten betragen. Der Vorteil dieses Verfah¬ rens ist, dass dann bei einem ersten Durchlauf größere Schrittweiten gewählt werden können und dadurch die Gesamt¬ laufzeit des Tests vermindert wird. Es ist auch möglich, ei¬ nen dritten Durchlauf anzuschließen, um die Schrittweite in einem ausgewählten Bereich weiter zu verfeinern. Dies bietet den Vorteil, dass Resonanztorsionsfrequenzen sehr exakt er- mittelt werden können.
Bevorzugt wird dieses Verfahren von der Anregungsvorrichtung automatisch durchgeführt. Je nach Dauer der Anregungsphasen, der Wartezeit, des untersuchten Frequenzbereichs und der nachfolgenden Feinmessungen kann eine solche automatisierte
Untersuchung mehrere Tage oder Wochen dauern. Wird die erfin¬ dungsgemäße Anregungsvorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren während des laufenden Betriebs benutzt, so stellt dies jedoch keinen Nachteil dar, da die mit dem Antriebs- sträng zusammenhängende Anlage durchgehend in Betrieb sein kann, während der Test durchgeführt wird.
Vorteilhafterweise wird als Stromrichter nicht ein fest in¬ stallierter Anlagenstromrichter verwendet, der zum Betrieb des Antriebsstrangs verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass der Stromrichter speziell für die Schwingungsanregung ausgelegt werden kann, beispielsweise mit einer Nennleistung, die unterhalb der Nennleistung der elektrischen Maschine des Antriebsstrangs liegt. Alternativ kann auch ein ohnehin an der Anlage vorhandener Anlagenstromrichter verwendet werden, falls sich dieser zur Schwingungsanregung eignet. Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Stromrichter vorgehalten werden muss.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach¬ stehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläu¬ tert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Anregungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 eine genauere Darstellung des Leistungsmoduls aus
Figur 1,
Figur 3 eine alternative Ausführungsform eines Leistungsmo¬ duls mit einer angepassten Steuerung,
Figuren 4.1 - 4.3 Betriebsparameter der Anregungsvorrichtung aus Figur 1 während einer Schwingungsanregung, und
Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfah¬ rens.
In Figur 1 ist ein Antriebsstrang 10 eines Turbogenerators dargestellt, der über einen Generator 11 verfügt, der mecha¬ nische Energie einer Welle 12 in elektrische Energie umwan¬ delt. Die Drehbewegung der Welle 12 wird durch eine Hoch¬ druckturbine 13, eine Mitteldruckturbine 14 und zwei Nieder- druckturbinen 15 und 16 angetrieben. Der Generator 11 gibt die erzeugte elektrische Energie an einen Mehrpol 20 ab, an dem ein öffentliches Netz 21 angeschlossen ist. Der Mehrpol 20 ist eine Drei-Phasen-Drehstromleitung. Die Nennleistung des Generators 11 beträgt im dargestellten Beispiel 200 MVA. Um den Antriebsstrang 10 zu Torsionsschwingungen anzuregen, ist an dem Mehrpol 20 eine erfindungsgemäße Anregungsvorrich¬ tung angeschlossen, die ein Leistungsmodul 30, eine Steuerung 40, einen Schwingungsgeber 50 und eine Regel- und Auswerte- einheit 60 umfasst, an die ein Sensor 70 angeschlossen ist.
Die Steuerung 40 erhält von dem Schwingungsgeber 50 ein Schwingungssignal 51, das im Leistungsmodul 30 verstärkt wird und über den Mehrpol 20 als Anregungsdrehmoment über den Ge- nerator 11 auf die Welle 12 aufgebracht wird. Das Schwin¬ gungssignal 51 wird von einem Signalmodulator 52 erzeugt. Der Signalmodulator 52 kann Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz erzeugen und entspricht in seinem Aufbau üblichen Geräten zur Erzeugung solcher Schwingungen, wobei er außerdem in der Lage ist, das Schwingungssignal mit einem Gleichstrom¬ anteil zu addieren.
Die Steuerung 40 verfügt über eine Stromrichtersteuerung 41, die mit einem Stromrichter 31 in dem Leistungsmodul 30 ver- bunden ist. Der Stromrichter 31 besteht aus einer an sich be¬ kannten Zwölfpuls-Brückenschaltung mit einer Serienschaltung von 2 Thyristor-bestückten Sechspuls-Brückenschaltungen, die in der Figur 2 detailliert dargestellt sind. Die Stromrich¬ tersteuerung 41 steuert die beiden Sechspuls-Brückenschaltun- gen in einem ebenfalls bekannten Steuerungsverfahren mit der gleichzeitigen Stromführendstellung von zwei Ventilen und der Bildung von drei Gruppen, die jeweils einen Versatz von 120° aufweisen, an. Der Stromrichter 31 ist über einen Transforma- tor 32 auf seiner Wechselstromseite mit dem Mehrpol 20 ver¬ bunden.
Der mit dem Stromrichter 31 verbundene Gleichstromkreis weist eine Induktivität 33 und einen Widerstand 34 auf. Die Induk¬ tivität 33 und der Widerstand 34 stellen eine Spule mit einer Induktivität von 100 mH und einem Widerstand von 1 Ohm dar, die auf der Gleichstromseite des Stromrichters 31 angeordnet ist. Der Gleichstromkreis enthält weiterhin ein Strommessge- rät 35, das der Steuerung 40 dazu dient, zu überprüfen, ob der Strom im Gleichstromkreis dem Ansteuersignal, das ist das Schwingungssignal 51, entspricht (Soll/Ist-Vergleich) . Für den Vergleich weist die Steuerung 40 einen Addierer 42 auf, der die Stromstärke im Gleichstromkreis von dem Schwingungs- signal 51 abzieht und damit einen Soll-Ist-Vergleich durch¬ führt.
Der Stromrichter 31 entnimmt dem Mehrpol 20 entsprechend der Frequenz des Schwingungssignals 51 Energie oder führt dem Mehrpol 20 Energie zu. Auf der Gleichstromseite des Strom¬ richters 31 wird die entnommene Energie teilweise in der In¬ duktivität 33 zwischengespeichert und teilweise durch den Wi¬ derstand 34 in Wärme umgewandelt. Energie, die in der Induk¬ tivität 33 zwischengespeichert wurde, kann in einer der nächsten Halbwellen des Schwingungssignals 51 über den Strom¬ richter 31 wieder dem Mehrpol 20 zugeführt werden. Da auf diese Weise dem Mehrpol 20 Schwingungsenergie mit einer Fre¬ quenz entnommen und zugeführt wird, die der Frequenz des Schwingungssignals 51 entspricht, wird die Welle 12 des An- triebsstrangs 10 über den Generator 11 zu Torsionsschwingun¬ gen angeregt, da der Generator 11 die Welle 12 mit der Fre¬ quenz des Schwingungssignals 51 bremst oder beschleunigt. Ist die Frequenz des Schwingungssignals 51 in der Nähe einer Re- sonanzfrequenz einer Torsionsschwingung der Welle 12 des An¬ triebsstrangs 10, so stellt sich eine Torsionsschwingung ein.
Die Nennleistung des Transformators 32, des Stromrichters 31, der Induktivität 33 und des Widerstands 34 entspricht 100 kW, wobei der Dauernennstrom der Spule, die die Induktivität 33 und den Widerstand 34 darstellt, 60 A beträgt. Da das Leis¬ tungsmodul 30 jeweils nur für wenige Sekunden betrieben wird, ist es möglich, mit einem pulsierenden Spulenstrom von maxi- mal 350 A eine Leistung von etwa 400 kW zur Anregung des An¬ triebsstrangs 10 bereitzustellen. Nach einem solchen Kurz¬ zeitbetrieb wird jeweils eine Pause vorgesehen, die ausrei¬ chend lang ist, damit sich die Spule wieder abkühlen kann. Die Dauer der Pause ist abhängig von der Anordnung der Spule und der Kühlung der Spule.
Um feststellen zu können, ob sich in der Welle 12 des An¬ triebsstrangs 10 tatsächlich eine Torsionsschwingung ein¬ stellt, wird ein Sensor 70 an der Welle 12 zwischen dem Gene- rator 11 und der Niederdruckturbine 16 angebracht. Der Sensor 70 ist ein magnetostriktiver Sensor, der berührungslos die mechanische Belastung der Welle 12 misst, indem er den magne- tostriktiven Effekt ausnützt, der bei einer Gitterdehnung des Stahls der Welle 12 entsteht. Der Sensor 70 liefert ein Sig- nal, dessen Verlauf sich aus der Schwingungsamplitude einer angeregten Torsionsschwingung und ggf. Störgrößen, wie bei¬ spielsweise umlaufenden magnetischen Feldern, zusammensetzt. Daher verfügt die Auswerte- und Regeleinrichtung 60 über ei¬ nen Filter 61, an den der Sensor 70 angeschlossen ist. Der Filter 61 ist ein Bandpassfilter, der auf eine bestimmte Fre¬ quenz einstellbar ist. Der Bandpassfilter 61 wird von einer Zentraleinheit 62 auf eine Frequenz eingestellt, die der Fre¬ quenz des Schwingungssignals 51 entspricht. Die Zentralein¬ heit 62 gibt an einem Ausgang die Frequenz des Schwingungs- Signals 51 für den Schwingungsmodulator 52 vor. Der Filter 61 erhält die Information über die auszufilternde Frequenz auch von diesem Ausgang.
Die Zentraleinheit 62 steuert pulsgesteuert über den Schwin¬ gungsgeber 50 und die Steuerung 40 das Leistungsmodul 30 mit unterschiedlichen Frequenzen an, wobei jeweils während eines Pulses mit einer konstanten Frequenz für die Dauer von 4 Se¬ kunden versucht wird, eine Torsionsschwingung in der Welle 12 des Antriebsstrangs 10 zu erzeugen. Darauf folgend wird aus thermischen Gründen, das heißt zur Abkühlung der kurzzeitig mit Überlast betriebenen Bauteile, eine Wartezeit von 10 Mi¬ nuten durch die Zentraleinheit 62 vorgegeben. Anschließend wird mit der nächsten Frequenz versucht, eine Schwingung an- zuregen. Dabei tastet die Zentraleinheit 62 schrittweise Fre¬ quenzen zwischen 10 Hz und 90 Hz ab, wobei ein Schritt 1 Hz beträgt. Damit ergibt sich eine Versuchsdauer von etwa 14 Stunden.
In einer Vergleichseinheit 63 wird überprüft, ob bei einer Anregungsfrequenz eine messbare Torsionsschwingung der Welle 12 mit einer Frequenz nahe der Anregungsfrequenz auftritt. Dazu wird das Ausgangssignal des Filters 61 mit einem Schwellwert verglichen. Wird mit der Vergleichseinheit 63 festgestellt, dass das gemessene Schwingungssignal den
Schwellwert überschreitet, so meldet sie dies an die Zentral¬ einheit 62, die dann die Frequenz, bei der die Schwellwert¬ überschreitung aufgetreten ist, in einem Speicher 64 abspei¬ chert. An dem Speicher 64 ist eine Ausgabeeinheit 65 ange- schlössen, die aus den abgespeicherten Frequenzen des Spei¬ chers 64 Resonanzfrequenzen von Torsionsschwingungen des An¬ triebsstrangs 10 berechnet und ausgibt. Auf Einzelheiten des Verfahrens wird im Zusammenhang mit Figur 3 eingegangen. In Figur 2 ist das Leistungsmodul 30 detaillierter darge¬ stellt. Es umfasst den Stromrichter 31, der aus zwei in Serie geschalteten Sechspuls-Brückenschaltungen besteht. Die Sechs¬ puls-Brückenschaltungen sind mit Thyristoren bestückt. Jede der beiden Sechspuls-Brückenschaltungen ist jeweils galva¬ nisch getrennt über den Transformator 32 mit dem in Figur 2 nicht dargestellten Mehrpol 20 verbunden. Auf der Gleich¬ stromseite des Stromrichters 31 befinden sich die Induktivi¬ tät 33, der Widerstand 34 und das Strommessgerät 35.
In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform mit einem IGBT-Leistungsmodul 30' und eine IGBT-Steuerung 40" gezeigt, die anstelle des in Figur 1 gezeigten Leistungsmoduls 30 und anstelle der in Figur 1 gezeigten Steuerung 40 eingesetzt werden können. Das Besondere an dem IGBT-Leistungsmodul 30' ist, das es mit einem IGBT-Stromrichter 31' bestückt ist, der aufgrund des Einsatzes von rückwärts sperrenden IGBT-Transis- toren auch dazu geeignet ist, in dem Antriebstrang Frequenzen anzuregen, die deutlich über der Netzfrequenz des Mehrpols liegen. Wegen des Einsatzes von IGBT-Transistoren im IGBT- Stromrichter 31' ist es zweckmäßig, als Energiespeicher an¬ stelle der Induktivität eine Kapazität 33' zu verwenden. Die Kapazität 33" weist einen Kapazitätswert von 25 mF auf. Da aufgrund der Verwendung von IGBT-Transistoren im IGBT-Strom- richter 31' die Gleichstromseite des IGBT-Leistungsmoduls 30' spannungsgesteuert betrieben wird, um in der Kapazität 33' Energie zwischenzuspeichern, wird eine angepasste IGBT-Steue¬ rung 40' verwendet. Die IGBT-Steuerung 40' verfügt über eine IGBT-Stromrichtersteuerung 41', die einen Sollwert von dem Addierer 42 erhält, der, wie in Figur 1 gezeigt, mit einem Schwingungssignal (hier nicht dargestellt) angesteuert wird. Der Addierer 42 berücksichtigt über einen Soll-Ist-Vergleich mit Hilfe eines Spannungsmessgerätes 35' die tatsächlich in der Kapazität 33' gespeicherte Energie. Das Spannungsmessge- rät 35' ist zu diesem Zweck im Nebenschluss mit der Kapazität 33' im Gleichstromkreis angeordnet. Die Ansteuerung der IGBT- Transistoren durch die IGBT-Stromrichtersteuerung 41' erfolgt auf an sich bekannte Weise mit einer Spannungssteuerung. Der IGBT-Stromrichter 31' ist wiederum über einen Transformator 32 mit dem hier nicht dargestellten Mehrpol 20 verbunden.
In Figur 4.1 ist der Strom in der Spule, die in Figur 1 durch die Induktivität 33 und den Widerstand 34 dargestellt ist, während des Beginns einer Schwingungsanregung gezeigt. Der
Spulenstrom ist über die Zeit aufgetragen. Zum Messzeitpunkt 1,4 Sekunden fließt kein Strom im Gleichstromkreis, d.h. die Spule hat keine Energie gespeichert. Während etwa einer Zehn¬ telsekunde wird anschließend der Stromfluss im Gleichstrom- kreis auf 200 A erhöht und damit Energie im Magnetfeld der Spule gespeichert. Anschließend wird der Spulenstrom so ge¬ steuert, dass er zwischen etwa 100 A und 300 A mit einer Fre¬ quenz von etwa 24 Hz schwankt.
Die Figur 4.2 zeigt, wie durch den schwankenden Spulenstrom dem Generator 11 in Figur 1 in Abhängigkeit von der Zeit Energie entnommen oder zugeführt wird. In Figur 2.2 ist die vom Stromrichter übertragene Leistung über der Zeit darge¬ stellt. Die maximal übertragene Leistung des Stromrichters beträgt dabei etwa 400 kW. Da der in Figur 1 dargestellte An¬ triebsstrang eine Torsionsschwingungsresonanzfrequenz von et¬ wa 24 Hz aufweist, gelingt es auch mit der geringen Leistung von etwa 400 kW eine Schwingung anzuregen.
In Figur 4.3 ist das Messsignal des magnetostriktiven Sensors 70 über der Zeit angetragen. Nach Beginn der Anregung bei 1,67 Sekunden baut sich messbar eine Resonanztorsionsschwin¬ gung auf, die nach etwa einer Sekunde Anregungszeit bereits zu einem maximalen durch die Torsionsschwingung bedingten Torsionsdrehmoment von etwa 100 kNm führt. Nach der gesamten Anregungsdauer von 4s tritt ein durch die Torsionsschwingung gedingtes Torsionsdrehmoment von über 300 kNm auf.
Im Falle der Verwendung des in Figur 3 dargestellten IGBT- Stromrichters 31' erfolgt die Ansteuerung des Gleichstrom¬ kreises durch Einstellen der Spannung im Gleichstromkreis, wodurch es zu entsprechenden Spannungs- und Stromverläufen im Gleichstromkreis kommt.
In Figur 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer Resonanztorsionsfrequenz eines Antriebsstrangs darge¬ stellt. Das gezeigte Verfahren wird mit der in Figur 1 ge¬ zeigten Anregungsvorrichtung an dem in Figur 1 gezeigten An- triebsstrang 10 durchgeführt.
Im Schritt 101 wird die Zentraleinheit 62 initialisiert, wo¬ bei der Frequenzbereich festgelegt wird, der überprüft werden soll. Der Frequenzbereich beträgt 10 Hz bis 90 Hz, wobei in Schritten von 1 Hz überprüft werden soll, ob bei der jeweili¬ gen Frequenz eine Resonanztorsionsschwingung angeregt werden kann.
Im Schritt 102 wird dem Schwingungsgeber 50 die erste Test- frequenz vorgegeben, dies ist die tiefste zu testende Fre¬ quenz von 10 Hz.
Im Schritt 103 steuert der Schwingungsgeber 50 über die Steu¬ erung 40 das Leistungsmodul 30 so an, dass im Generator 11 Wirkleistung mit einer Frequenz verursacht wird, die der ak¬ tuellen Testfrequenz entspricht.
Im Schritt 104 wird überprüft, ob in der Welle 12 eine Torsi¬ onsschwingung mit der Testfrequenz auftritt und ob die Ampli- tude der Schwingung oberhalb eines Schwellwerts liegt. Falls die Amplitude oberhalb des Schwellwerts liegt, springt das Verfahren im Schritt 104 zum Schritt 105, in dem die Testfre¬ quenz mit dem ermittelten Messwert, welcher der maximalen Schwingungsamplitude nach einer bestimmten Anregungszeit ent¬ spricht, abgespeichert wird. Falls keine Schwingungsamplitude oder eine Schwingungsamplitude unterhalb des Schwellwerts festgestellt wird, springt das Verfahren zum Schritt 106, in dem die Testfrequenz um einen Schritt, d.h. um 1 Hz erhöht wird. Auch nach dem Schritt 105, in dem die Frequenz und die maximale Schwingungsamplitude abgespeichert werden, springt das Verfahren zum Schritt 106.
Im anschließenden Schritt 107 wird eine Wartezeit von 10 Mi- nuten eingehalten, um die Spule des Leistungsmoduls 30 abküh¬ len zu lassen.
Im Schritt 108 wird überprüft, ob die um einen Frequenz¬ schritt erhöhte Testfrequenz höher ist als die höchste zu testende Frequenz (hier: 90 Hz) . Falls die Testfrequenz nied¬ riger oder gleich 90 Hz ist, springt das Verfahren zurück zum Schritt 103, bei dem versucht wird, die Welle 12 zu einer Torsionsschwingung mit der neuen Testfrequenz anzuregen. Wie die Zeitdauer der ersten Anregungsphase betragen auch die Zeitdauern fortfolgenden Anregungsphasen 4 Sekunden.
Wird im Schritt 108 festgestellt, dass alle zu testenden Fre¬ quenzen durchfahren wurden, werden im Schritt 109 die Test¬ frequenzen der abgespeicherten Frequenzen ermittelt, zwischen denen vermutlich eine Resonanzfrequenz einer Torsionsschwin¬ gung der Welle 12 liegt. Dazu werden zwei nebeneinanderlie¬ gende abgespeicherte Frequenzen ausgesucht, bei denen die An¬ regung einen höheren Messwert für eine auftretende Schwingung ergab als bei den darüber oder darunter liegenden Frequenzen. Der Bereich zwischen diesen beiden Frequenzen wird nun noch einmal durch feinere Schritte aufgeteilt. Im vorliegenden Beispiel beträgt die erste Frequenz 24 Hz und die zweite Fre¬ quenz 25 Hz. Die anderen Frequenzen unterhalb von 24 Hz und oberhalb von 25 Hz weisen geringere Messwerte auf als diese beiden Frequenzen.
Im Schritt 110 werden die Frequenzen 24 Hz und 25 Hz als neue tiefste zu testende Frequenz und höchste zu testende Frequenz festgelegt. Die Schrittweite wird auf 0,05 Hz verkleinert.
Im nachfolgenden Schritt 111 wird entsprechend den Schritten 103 bis 108 die Resonanztorsionsfrequenz genauer ermittelt. Im Schritt 112 wird dann die Frequenz ausgewählt, bei der ei- ne Anregung den höchsten Messwert ergeben hat. Dies ist im vorliegenden Beispiel die Frequenz 24,1 Hz. Der Antriebs¬ strang weist also eine Resonanztorsionsfrequenz bei 24,1 Hz auf. Im Schritt 113 wird das Ergebnis des Verfahrens ausgege¬ ben.
Falls in den Schritten 102 bis 109 festgestellt wird, dass der Antriebsstrang mehr als eine Torsionsresonanzfrequenz zwischen 10 Hz und 90 Hz aufweist, so werden die Schritte 110 bis 113 für jede der Torsionsresonanzfrequenzen durchgeführt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene be¬ vorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben¬ falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Anregungsvorrichtung (30, 30 ', 40, 40 ', 50, 60, 70) zur Anregung einer Torsionsschwingung in einem rotierenden Antriebsstrang (10), der mindestens eine elektrische Maschine (11) und einen angeschlossenen elektrischen Mehrpol (20) aufweist, wobei die Anregungsvorrichtung (30,30',40,40',50,60,70) umfasst: - einen Energiewandler (33, 33 ',34), der dazu geeignet ist,
Energie aufzunehmen, die dem Antriebsstrang entnommen wird oder Energie abzugeben, die dem Antriebsstrang zugeführt wird, und einen Stromrichter (31,31'), über den der Energiewandler (33, 33 ',34) gesteuert mit dem Mehrpol (20) verbindbar ist, so dass dem Antriebstrang (10) ein Anregungs-Drehmoment aufgeprägt werden kann, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (40,40',50,6O), die dazu geeignet ist, den Stromrichter mit unterschiedlichen, vorgegebenen Frequen¬ zen anzusteuern, um den rotierenden Antriebsstrang (10) mit unterschiedlichen Frequenzen anzuregen.
2. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass der Energiewandler (33, 33 ',34) über einen Gleich¬ stromkreis mit Wechselstromanteil an den Stromrichter (31,31') angeschlossen ist.
3. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Energiewandler (33, 33', 34) mindestens eine Spule (33) aufweist, wobei die mindestens eine Spule (33) eine luft- oder wassergekühlte Spule (33) ist.
4. Anregungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (33, 33', 34) mindestens einen elektrischen Widerstand (34) oder einen Kon¬ densator (33') aufweist.
5. Anregungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (31,3I1) eine maximale Nennleistung von 2% der von der elektrischen Maschine (11) maximal gewandelten Leistung besitzt.
6. Anregungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (31') ab¬ schaltbare Halbleiterbauelemente aufweist.
7. Anregungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (10) ei¬ ne bewegten Gesamtmasse über 10t aufweist.
8. Anregungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung (70) mit min¬ destens einem Sensor (70) zur Ermittlung einer Regelgröße, welche eine Torsionsbeanspruchung an mindestens einer Stelle des Antriebsstrangs (10) repräsentiert.
9. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Sensoren (70) bezüglich des Antriebsstrangs (10) azimuthal und/oder axial zueinander beabstandet sind.
10. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeich- net durch einen Regler (62,63), der die Steuereinrichtung (40,40',50,6O) regelt und die Stärke des Anregungs-Drehmo¬ ments in Abhängigkeit der Regelgröße regelt, um bei Über¬ schreiten eines Schwellwertes der Regelgröße die Stärke des Anregungs-Drehmoments zu verändern.
11. Anregungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung (64) zur Spei¬ cherung von Frequenzen, bei denen eine Überschreitung des Schwellwerts durch die Regelgröße auftritt.
12. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (65), die aus den gespeicher¬ ten Frequenzen Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenzen ermit- telt.
13. Anregungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschi¬ ne (11) eine Synchronmaschine (11) ist.
14. Antriebsstrang (10), der mindestens eine elektrische Ma¬ schine (11) und eine über einen elektrischen Mehrpol (20) an¬ geschlossene Anregungsvorrichtung (30,30',40,40',50,60,70) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
15. Antriebsstrang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (11) ein fest installiertes Teil des Antriebsstrangs (10) ist.
16. Verfahren zur Anregung einer Torsionsschwingung in einem rotierenden Antriebsstrang (10) , der mindestens eine elektri¬ sche Maschine (11) mit einem daran angeschlossenen elektri¬ schen Mehrpol (20) aufweist, wobei dem Antriebsstrang (10) über die elektrische Maschine (11) ein Anregungs-Drehmoment mit einer vorgegebenen Frequenz aufgeprägt wird, indem mit der vorgegebenen Frequenz dem Antriebsstrang (10) über den Mehrpol (20) und einen Stromrichter (31,31') Energie entnom¬ men und/oder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antriebsstrang (10) aufeinander folgend Anregungs- Drehmomente mit unterschiedlichen Frequenzen aufgeprägt wer¬ den.
17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die fol¬ genden Schritte:
Aufprägen eines Anregungs-Drehmoments auf den Antriebs¬ strang (10) mit einer ersten Frequenz für eine vorgegebene Anregungszeit, - Abwarten einer vorgegebenen Wartezeit, und
Aufprägen eines weiteren Anregungs-Drehmoments mit einer unterschiedlichen Frequenz für die vorgegebene Anregungs¬ zeit.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungszeit kleiner ist als die Wartezeit.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekenn¬ zeichnet durch die folgenden Schritte :
Ermittlung einer Regelgröße, welche eine Torsionsbeanspru¬ chung an mindestens einer Stelle des Antriebsstrangs (10) repräsentiert,
Vergleich der Regelgröße mit einem Schwellwert, und Speichern der Frequenzen als Ansprechfrequenzen, bei denen der Vergleich der Regelgröße mit dem Schwellwert eine Ü- berschreitung des Schwellwerts durch die Regelgröße er- gibt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch die fol¬ genden Schritte:
Berechnung einer Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenz aus den Ansprechfrequenzen, und
Ausgabe der Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenz auf einem Ausgabegerät (65) .
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch die Schritte:
Nochmaliges Aufprägen von Anregungs-Drehmomenten auf den Antriebsstrang (10) mit unterschiedlichen Frequenzen, wo¬ bei ein Bereich zwischen zwei Grenzfrequenzen, die zwei aufeinanderfolgenden Ansprechfrequenzen entsprechen, in mehreren Schritten durchfahren wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekenn¬ zeichnet durch den folgenden Schritt:
Aufnahme der entnommenen Energie mittels eines über einen Gleichstromkreis mit Wechselstromanteil an den Stromrich¬ ter (31,31') angeschlossenen Energiewandlers (33, 33 ',34) .
23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch die fol¬ genden Schritte: Zwischenspeichern der entnommenen Energie im Energiewand¬ ler (33, 33', 34), und
Zuführen zumindest eines Teils der entnommenen Energie über den Stromrichter (31,31*) in den Antriebsstrang (10) .
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Energiewandler (33, 33 ',34) Energie mittels min¬ destens einer Spule (33) wandelt und/oder zwischenspeichert, wobei die Spule (33) mit Luft oder Wasser gekühlt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass maximal 5% der von der elektrischen Ma¬ schine (11) maximal gewandelten Leistung über den Stromrich¬ ter (31,31") für die Anregung der Torsionsschwingung einge- setzt werden.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Antriebsstrang (10) , in dem eine Tor¬ sionsschwingung angeregt wird, eine bewegte Masse von mehr als 10t aufweist.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Stromrichter (31, 31") ein gesondertes Bauteil und kein fest installierter Anlagenstromrichter des Antriebsstrangs ist.
* * * * *
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