UNGRUH I JORDAN Gleichlaufschaltungen von Asynchronmotoren
FLORENZ UNGRUH I HEINZ JORDAN Gleichlaufschaltungen von Asynchronmotoren Mit 120 Abbildungen FRIEDR. VIEWEG & SOHN BRAUNSCHWEIG 1964
ISBN 978-3-663-00592-6 ISBN 978-3-663-02505-4 (ebook) DOI 10.1007/978-3-663-02505-4 1964 by Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Braunschweig. Alle Rechte vorbehalten von Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig.
Vorwort Dieses Buch entstand aus Arbeiten der Verfasser im Elektromotorenwerk Bad Neustadt/Saale der SSW, in den AEG-Fabriken Brunnenstraße Berlin und im Institut für elektrische Maschinen der Technischen Hochschule Hannover. Die Antriebstechnik kennt als ständig wiederkehrende Aufgabe den Gleichlauf mehrerer Maschinengruppen. Eine technisch besonders interessante Lösung gelingt durch Zusammenschalten von Drehstromasynchronmotoren mit Schleifringläufern. Sie ist unter dem Namen "elektrische Welle" bekannt. Obwohl man diese Schaltungen seit Jahrzehnten mit gutem Erfolg auf den verschiedensten Gebieten der Technik verwendet, erfordert ihre Projektierung ein ungewöhnlich hohes Maß an Kenntnissen der physikalischen Zusammenhänge. Daraus mag sich die gelegentlich zu beobachtende Unsicherheit oder Scheu gegenüber der Verwendung elektrischer Wellen erklären. Für den Ingenieur, der nur gelegentlich mit solchen Gleichlaufschaltungen zu tun hat, ist es schwierig, aus der großen Zahl der einschlägigen Veröffentlichungen die gesuchte Auskunft zu finden. Das vorliegende Buch soll diese Lücke schließen. Der erste Teil gibt einen Überblick über die Arbeitsweise und die Anwendung der elektrischen Welle. Die Abschnitte über die Berechnung und Projektierung erklären das stationäre und dynamische Verhalten der einzelnen Schaltungen anhand einer einheitlichen Theorie. Die sich daraus ergebenden Schlußfolgerungen erlauben es dann jeweils rasch, die technisch richtigen Maßnahmen zu treffen. Das Buch soll dem Praktiker als Nachschlagewerk dienen und dem theoretisch interessierten Ingenieur ein Ausgangspunkt für seine Berechnungen sein. Darüber hinaus zeigt es den Studierenden der Ingenieurwissenschaften, wie man durch geeigneten Ansatz auch komplizierte technische Aufgaben in einfacher Form darstellen und lösen kann. Mülheim/Ruhr, September 1964 Dr.-Ing. Florenz Ungruh Hannover, September 1964 Prof. Dr.-Ing. Heinz Jordan v
Inhaltsverzeichnis Einleitung..... A. Allgemeiner Überblick über Gleichlaufantriebe mit elektrischer Welle 1. Wirkungsweise und Anwendungsformen der elektrischen Welle 1.1 Physikalische Wirkungsweise.. 1.2 Die elektrische Ausgleichswelle. 1.3 Die ArbeitsweHe....... 1.4 Die FerndreherweHe 1.5 Gleichlaufregelungen mit elektrischen Wellen 1.6 Drehmelder............ 2. Schaltungsarten der elektrischen WeHe..... 2.1 Dreiphasige symmetrische Schaltungen 2.2 Unsymmetrische Schaltung der Ständerwicklungen 2.3 Gleichstromerregung Seite 4 4 4 6 9 10 14 17 25 26 28 33 B. Die elektrische Welle als schwingungsfähiges Feder-Masse-System 35 3. Berechnung des Schwingungssystems 38 3.1 Freie Schwingungen...... 38 3.1.1 Das ungedämpfte System. 38 3.1.2 Das System mit gleichen Dämpfungsfaktoren 40 3.1.3 Stark unterschiedliche Drehmassen.... 42 3.1.4 Stabilitätskriterien des allgemeinen Falles. 43 3.2 Fremderregte (erzwungene) Schwingungen 44 C. Berechnung und Projektierung elektrischer Wellen. 48 4. Ausgleich- und Ferndreherwelle in Parallelschaltung am Drehstromnetz. 49 4.1 Ströme, Drehmomente und Leistungsfluß im stationären Betrieb 49 4.2 Statische Stabilität des Gleichlaufsystems.. 59 4.3 Dynamische Stabilität des Gleichlaufsystems 73 4.3.1 Die unbelastete elektrische Welle... 78 4.3.2 Belastete elektrische Welle mit großen Drehmassen 85 4.4 Stationäre Pendelungen durch äußere Momentschwankungen 87 4.5 Schwingungsdämpfer zur Unterdrückung von Pendelungen. 92 4.6 Auslegung und Bemessung der Wellenmaschinen..... 101 5. Ausgleichs- und Ferndreherwelle in Reihenschaltung am Drehstromnetz 107 5.1 Ströme, Drehmomente und Leistungsfluß im stationären Betrieb 107 5.2 Dynamische Stabilität..... 115 5.3 Richtlinien für die Projektierung............... 124 VII
6. Ausgleichs- und Ferndreherwellen mit unsymmetrischem Netzanschluß 126 6.1 Schaltungen mit konstanten symmetrischen Komponenten der Strangspannungen..... 127 6.1.1 Verhalten im stationären Betrieb.......... 127 6.1.2 Dynamische Stabilität............... 136 6.2 Schaltungen mit lastabhängigen symmetrischen Komponenten 141 6.3 Richtlinien für die Projektierung............. 152 7. Die elektrische Arbeitswelle................. 155 7.1 Ströme, Drehmomente und Leistungsfluß im stationären Betrieb 157 7.2 Statische Stabilität der elektrischen Arbeitswelle.. 163 7.3 Dynamische Stabilität der elektrischen Arbeitswelle [74 7.4 Richtlinien für die Projektierung...... 179 8. Die elektrische Welle mit Gleichstromeinspeisung [83 8.1 Schaltungsmöglichkeiten.. 183 8.2 Stationäres Betriebsverhalten.. 185 8.3 Dynamische Stabilität..... 193 9. Synchronisieren elektrischer Wellen 199 9.1 Synchronisieren im Stillstand 200 9.2 Synchronisieren im Lauf 204 10. MehrmaschinenweIlen 206 Literaturhinweise 208 VIII