DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE
DIN IEC/TS 60034-32
; VDE V 0530-32:2019-01
Drehende elektrische Maschinen - Teil 32: Messung von Wickelkopfschwingungen an Formspulen im Ständer (IEC/TS 60034-32:2016)
Rotating electrical machines - Part 32: Measurement of stator end-winding vibration at form-wound windings (IEC/TS 60034-32:2016)
Verfahren
Vornorm
Einführungsbeitrag
Wechselstrommaschinen sind mit mehrsträngigen Wicklungen im Ständer ausgerüstet. Die in dieser technischen Spezifikation gemachten Angaben beziehen sich auf eine Auslegung mit Zweischichtwicklung. Die Wicklungen sind mit einem mehrphasigen Spannungssystem (Stromsystem), welches im Luftspalt zwischen Läuferoberfläche und Ständerbohrung ein drehendes magnetisches Feld aufbaut, verbunden. Strom und Spannung können im Betrieb je nach mechanischer Belastung variieren. Elektrische Maschinen sind in der Regel für Motor- oder Generatorbetrieb ausgelegt. Die meisten Wechselstrommaschinen sind mit symmetrischen Drehstromwicklungen ausgerüstet, die aus drei elektrisch isolierten und räumlich verteilten Wicklungsteilen bestehen und für normalen Betrieb ausgelegt sind. Große drehende elektrische Wechselstrommaschinen sind üblicherweise mit Formspulenwicklungen ausgestattet. Der Wickelkopf ist der Teil des Ständers, der über das Ende des Magnetkerns herausragt und zumeist kreiskegelig ausgeformt ist. Die meisten großen Wechselstrommaschinen mit Formspulen in der Ständerwicklung sind mit einer Wickelkopfabstützung im Ständer versehen. Diese soll unter anderem den hohen elektromagnetischen Belastungen standhalten können, denen die Maschine bei einem elektrischen Fehler im elektrischen Versorgungssystem ausgesetzt ist. Dies schließt Fehler in den Versorgungsleitungen eines Stromnetzes beziehungsweise in einem elektronischen Versorgungsgerät mit ein. In den meisten Fällen soll die Wickelkopfabstützung im Ständer nicht nur die Strukturfestigkeit erhöhen, sondern auch für die entsprechende Struktursteifigkeit und Trägheit sorgen, um so die Strukturdynamik und damit den Schwingungspegel während des Betriebs gezielt zu beeinflussen. Typische Stützelemente sind Platten und Ringe, die den Wickelkopfkegel als Ganzes abstützen. Darüber hinaus wird der Abstand zwischen den Spulen (beziehungsweise Stäben) des Wickelkopfes durch Abstandshalter bestimmt und ihre Position durch Befestigungselemente fixiert. Stützelemente, Abstandshalter und Befestigungselemente bestehen üblicherweise aus Verbundstoffen aus Glasfasermaterialien sowie aus harzimprägnierten Filzen, Schnüren und Bandagen. Von starken elektrischen Feldern umgebene Metallteile können auch zu elektrischen Durchschlägen führen und so die dauerhafte Spannungsfestigkeit beeinträchtigen. Bis heute gibt es keine allgemeine Technische Spezifikation, mit der sich Eigenfrequenzen während des Stillstands und das Schwingungsverhalten von Wickelköpfen im Ständer während des Betriebs verlässlich und vergleichbar ermitteln lassen. Zur Nachrechnung großer elektrischer Maschinen ist die experimentelle Modalanalyse bei Wickelköpfen im Ständer zur Bestimmung von Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen ein weltweit gängiges Instrument. Ziel ist es, den Betrieb einer Maschine zu vermeiden, bei dem es unter dem Einfluss von Eigenfrequenzen zu erhöhten Schwingungen am Wickelkopf kommt. Ein allgemein übliches Prüfverfahren ist die Messung von Transferfunktionen und Bestimmung von Strukturdynamikeigenschaften (zum Beispiel Eigenfrequenzen, Eigenschwingungsformen und weiterer Modalparameter) mittels Stoßprüfung. Diese Prüfung wird bei neuen Maschinen vom Hersteller und vom Betreiber oder Lieferanten als Wartungstool während der Überholung großer drehender Maschinen eingesetzt. Das Schwingungsverhalten von Wickelköpfen im Ständer kann durch spezielle an ausgewählten Punkten am Wickelkopf angebrachte Schwingungswandler periodisch oder im Rahmen einer permanenten Online-Überwachung während des Betriebs gemessen werden. Wenn auch die Messung von Eigenfrequenzen und Schwingungspegeln an Ständerwickelköpfen ein gängiges Verfahren darstellt, so bedarf die Interpretation der Ergebnisse weiterhin einer Verbesserung und Weiterentwicklung. Aus diesem Grund handelt es sich bei der ersten Ausgabe um eine Technische Spezifikation und nicht um eine IEC-Norm. Zuständig ist das DKE/K 311 "Drehende elektrische Maschinen" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.
