用于在旋转传动链中阻尼扭转振动的阻尼装置和方法转让专利
申请号 : CN200480016518.9
文献号 : CN1806384B
文献日 : 2010-04-28
发明人 : 克里斯托夫·西勒尔
申请人 : 马克思-普朗克科学促进协会
摘要 :
本发明提供了一种在旋转传动链中用于阻尼扭转振动的方法和阻尼装置。设置在传动链上的是电机(13)，其被连接到电子多极(31)。通过连接到电机(13)的电子阻尼部件，阻尼力矩在电机(13)中产生。建议的阻尼力矩具有预定的阻尼频率，并且是与扭转振动的角速度反相的。
权利要求 :
1.用于在具有至少一个电机(13，72，82)的旋转传动链中阻尼扭转振动的方法，该电机(13，72，82)施加一个阻尼力矩给该传动链，其特征在于：该阻尼力矩被以预定的阻尼频率和反相施加于该扭转振动的角速度，该预定的阻尼频率对应于该传动链的谐振频率，并且为了施加该阻尼力矩，具有直流分量和交流分量的能量被临时存储在直流电路中，该临时储存的能量取自连接到该电机(13，72，82)的交流电路(31)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：没有施加该阻尼力矩的该传动链的该扭转振动具有大于500的质量因子。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：具有施加该阻尼力矩的该质量因子位于在200之下。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括以下的步骤：
确定至少一个控制变量(33，33′)，其表示在该传动链中的至少一个部位上的扭转负荷；和取决于该控制变量(33，33′)在控制电路中控制该阻尼力矩。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于：该控制变量(33，33′)是从来自一个或多个传感器(14，14′)的测量信号中确定的。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于：该传感器被相对于该传动链相互角向地和/或轴向地间隔。
7.根据权利要求5或者6的方法，其特征在于：该传感器(14，14′)的至少一个是磁致伸缩传感器/或应变传感器/或用于角速度测量的传感器。
8.根据权利要求4至6的任意一个的方法，其特征在于：反馈变量来源于该控制变量(33，33′)，其中该控制变量(33，33′)被过滤、相移和反转，在该.控制电路中整个相移总计为90°，该反馈变量表示由该扭转振动在谐振频率上产生的该角速度。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于：该能量被借助于至少一个线圈(41)临时地存储在该直流电路中。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于：该能量被借助于至少一个电容器(41′)临时地存储在该直流电路中。
11.根据权利要求9至10的任意一个的方法，其特征在于还包括以下的步骤：从直流分量和交流分量中提供用于该直流电路的电流控制或者电压控制的目标值(32，32′)，该交流分量表示该反馈变量，并且具有对应于该谐振频率的频率；和以该目标值经由连接到该交流电路(31)的电流转换器(42，42′)控制该直流电路，有效的能量经由该交流电路(31)被在该电机(13，72，82)中产生。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于：该能量是经由该直流分量的大小和/或该交流分量的大小调整的。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于：通过该电机(13，72，82)经由该电流转换器(42，42′)转换的该能量的最多5％被用于阻尼该扭转振动。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于：该传动链的旋转部件的整个质量大于20吨。
15.根据权利要求1的方法，其特征在于：另一个传动链的至少一个的扭转振动被阻尼，该另一个传动链具有另一个电机的至少一个，所述传动链和所述另一个传动链具有不同的谐振的频率。
16.根据权利要求1的方法，其特征在于：该电机(13，72，82)是同步电机。
17.根据权利要求1的方法，其特征在于：在该传动链中电流仅仅在出现该扭转振动的直流电路上流动。
18.根据权利要求1的方法，其特征在于：具有该旋转传动链不同频率的多个扭转振动被阻尼，该阻尼力矩包含具有预定的阻尼频率的阻尼频率分量，并且该阻尼频率分量是每个反相于相应的扭转振动的角速度。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于：该预定的阻尼频率对应于该传动链的谐振频率。
20.根据权利要求18或者19的方法，其特征在于以下的步骤：
确定多个控制变量(33，33′)；
从用于该扭转振动的控制变量(33，33′)中提供多个反馈变量，每个反馈变量具有一个等于相应的扭转振动频率的频率；
从直流分量和交流分量中提供用于该直流电路的电流控制或者电压控制的该目标值(32，32′)，该交流分量表示该反馈变量的总和；和以该目标值经由连接到该交流电路(31)的电流转换器(42，42′)控制该直流电路，有效的能量经由该交流电路(31)被在该电机(13，72，82)中产生。
21.用于在具有电机(13，72，82)和连接到该电机(13，72，82)的电子多极(31)的旋转传动链中阻尼扭转振动的阻尼装置，这里该阻尼装置可以经由该电子多极(31)被连接到该电机(13，72，82)，并且被安排用于在该电机(13，72，82)中产生一个阻尼力矩；其特征在于：该阻尼力矩具有预定的阻尼频率，并且是与该扭转振动的角速度反相的，该预定的阻尼频率大体上对应于该传动链的谐振频率，并且该阻尼装置包括用于能量中间存储的能量存储器，该能量是从该电机(13，72，82)或者该多极(31)中提取的。
22.根据权利要求21的阻尼装置，其特征在于：没有施加该阻尼力矩的该传动链的该扭转振动具有大于500的质量因子。
23.根据权利要求22的阻尼装置，其特征在于：具有施加该阻尼力矩的该质量因子位于在200之下。
24.根据权利要求21的阻尼装置，其特征在于：控制器取决于控制变量(33，33′)控制该阻尼力矩的强度。
25.根据权利要求24的阻尼装置，其特征在于：用于确定该控制变量(33，33′)的测量设备和至少一个传感器(14，14′)，该测量设备被链接在该传感器(14，14′)的输入侧上。
26.根据权利要求25的阻尼装置，其特征在于：提供了多个传感器，其被相对于多个传动链相互角向地和/或轴向地间隔。
27.根据权利要求25或者26的阻尼装置，其特征在于：该至少一个传感器(14，14′)是磁致伸缩传感器和/或应变传感器和/或角速度传感器。
28.根据权利要求25至26的任意一个的阻尼装置，其特征在于：该测量设备具有一个滤波器(61)，其被调谐到该谐振频率，一个移相器(62)和/或一个用于产生反馈变量的反相器(63)，该反馈变量是一个在该阻尼频率上的振动信号。
29.根据权利要求21的阻尼装置，其特征在于：该能量存储器具有至少一个线圈(41)，其被安排在具有交流分量的直流电路中。
30.根据权利要求29的阻尼装置，其特征在于：一个电流转换器(42，42′)，经由其在电流控制或者电压控制之下该能量存储器可连接到该多极(31)。
31.根据权利要求30的阻尼装置，其特征在于：该能量存储器具有至少一个电容器(41′)，其被安排在该电流转换器(42，42′)的直流侧上。
32.根据权利要求29至31的任意一个的阻尼装置，其特征在于：该控制器具有一个带有二个输入端的加法器(65)，其一个输入端连接到输出该反馈变量的该测量设备，并且相加的直流分量被施加于另一个输入端，该输出发出一个用于该电流转换器(42，42′)的控制系统(50)的目标值(32，32′)。
33.根据权利要求32的阻尼装置，其特征在于：该阻尼能量是可控制的，其中在该控制器中，该反馈变量的放大系数和该直流分量的大小是可控制的。
34.根据权利要求29的阻尼装置，其特征在于：该电流转换器(42，42′)控制由该电机(13，72，82)转换的功率的最大5％的功率电平。
35.根据权利要求21的阻尼装置，其特征在于：该传动链具有20吨以上的整体质量。
36.根据权利要求21的阻尼装置，其特征在于：提供了一个控制模块和多个电源模块，在这里该电源模块可以由该控制模块并行控制，以便获得更大的阻尼能量。
37.根据权利要求21的阻尼装置，其特征在于：该电机(13，72，82)是同步电机。
38.根据权利要求29的阻尼装置，其特征在于：当不存在扭转振动的时候，该直流电路是无电流。
39.根据权利要求25的阻尼装置，其特征在于：借助于多个测量设备可以确定反馈变量在不同的频率上用于该传动链的不同的扭转振动，并且其被连接到一个或者多个传感器(14，14′)。
40.根据权利要求39的阻尼装置，其特征在于：该多个传感器(14，14′)被安排在传动链的部位上，在其上由扭转振动所引起的变形是最大的。
41.根据权利要求39或者40的阻尼装置，其特征在于：一个反馈变量加法器(67)，其将由该测量设备输出的反馈变量相加，并且其输出端被链接到该控制器的加法器(65)的输入端。
42.根据权利要求21至41的一个用于阻尼扭转振动的阻尼装置的使用，尤其是，用于在涡轮机或者风力发电机、船驱动系统(80)、直升飞机驱动系统或者电梯驱动系统或者在竖轴(70)中的谐振扭转振动。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种用于传动链中阻尼扭转振动的方法和阻尼装置。
背景技术
在传动链中，其用来传送扭矩并且其包括一个电动机或者发电机，扭转振动可以出现，特别地这里该活动部分的大部分是很大的，或者如果该轴和附着于该轴的该部件具有与低的阻尼相结合很大的惯性动量，正如典型地该情况，这里钢被用作基本原料。由于该低的阻尼，仅仅需要相对少量的能量去激发谐振的扭转振动(在谐振频率上的扭转振动)。这个激励可以尤其是通过机械和/或电子装置提供的。针对该机械方面，激励例如可以是通过在宽的激励频率范围上，在机械负荷方面中的突变造成的。针对该电子方面，例如，在发电机的情况下，负荷的接通或者关闭可以代表一个激励，或者在该谐振频率上的激励可以来自于在该电源网中短暂的电磁处理。
谐振的扭转振动可以对该传动链或者其一部分，诸如耦合造成值得注意的破坏。如果该传动链失败，也就是说，如果由于该扭转负荷将出现破损，由于该传动链的旋转部件的机械能量的高电平，这可以导致连接到该传动链的部分损坏。即使该损坏被及时地注意到，修复是复杂的，并且在该修理期间，特别地由于停产是非常昂贵的。因为当所述扭转振动出现的时候，简单的断开该设备是可允许的，而且也是经济上不利的，已经开发了各种各样的系统以便防止上述的振动。
例如，在US专利US 5804949中描述了一种设备，其中该设备通过电容器和/或电感的控制开关抑制在发电机的负荷端上不需要的振动，并且从而，抑制或者至少阻尼该发电机连接到其的该传动轴的振动激励。
这个设备的缺点是，其仅仅通过该电力负荷抑制谐振激励，但是不直接地阻尼该振动，因此不能抵消任何用机械方法出现的激励。
为了在发电机的传动链中直接阻尼扭转振动，在“IEEE Trans.EnergyConv”vol.8，p.63 ff.，1993，C.-J.Wu等等中提出了一种带有中间能量存储器的系统，有效能量可以从其中传送给该发电机，并且从而可以抵消该传动链的振动。对于中间能量存储器，一个安排在直流电路中的超导线圈被使用，该直流电路被经由半导体开关元件电路和变压器连接到该发电机的电力网。该网络包括多个不同的用户单元，其临时地连接或者断开相互无关的负荷。由C.-J.Wu等等描述的方案的原始目的不是振荡阻尼，但是提供一个中间能量存储器使在该网络中的短暂负荷差别平坦。其中用于该方案的该控制系统被安排辅助于一个控制器，该控制器提示在该发电机的轴中的速度改变，并且借助于该方案抵消这些变化，在该传动链中的扭转振动可以被阻尼，该扭转振动显然是自己作为在该发电机的轴中的速度变化。
该扭转振动的直接阻尼理论上是可以借助于这种方法实现的。但是，尤其是，由于以下的缺点，C.-J.Wu等等的方法是不适合于实际的应用。借助于这种方法，无论它们是否属于谐振的扭转振动，所有的速度变化被如此检测和阻尼。因此，这可以在该发电机的操作中导致故障。
此外，在多个发电机连接到其的网络中操作是成问题的，其传动链可能具有不同的谐振频率，因为在一个传动链中的一个振动的阻尼可以导致在另外的传动链中的振动。
为了对该传动链的宽带的阻尼提供能量，大的电感的超导线圈也是必需的，其中该操作也与另一个缺点有关。
尤其，使用大的超导线圈用于阻尼振动的一个问题是，在10Hz和40Hz之间的范围中输出有效能量时，可以在该超导绕组中出现交变场损耗，这可以导致该超导性的击穿(猝熄)。这可以利用大的技术力量避免，但是该结果将是不经济的性能指标。此外，由C.-J.Wu等等描述的该方法借助于大的线圈必然地要求不考虑振动的出现，电流不断地通过该线圈，通过其出现损耗，特别地，在冷却设备的附近。
此外，在该发电机轴中速度差的测量作为一个控制变量对故障是敏感的，因为该速度偏差相对于该轴的转动速度是非常小的。一方面，这是由于该轴有时以每分钟1000以上的转速速率旋转，另一方面，由在例如20cm以上的大直径的轴中的扭转振动所引起的角速度是非常小的。因此，在很大的发电机的传动链中，具有十分之一度的整个角扭转幅度的大约30Hz的振动可以导致严重的负荷。鉴于在操作期间由于旋转该轴很大的角速度，经由该轴的速度测量，上述的角度扭转的测量对故障和不可靠性是敏感的。
谐振的扭转振动可以对该传动链或者其一部分，诸如耦合造成值得注意的破坏。如果该传动链失败，也就是说，如果由于该扭转负荷将出现破损，由于该传动链的旋转部件的机械能量的高电平，这可以导致连接到该传动链的部分损坏。即使该损坏被及时地注意到，修复是复杂的，并且在该修理期间，特别地由于停产是非常昂贵的。因为当所述扭转振动出现的时候，简单的断开该设备是可允许的，而且也是经济上不利的，已经开发了各种各样的系统以便防止上述的振动。
例如，在US专利US 5804949中描述了一种设备，其中该设备通过电容器和/或电感的控制开关抑制在发电机的负荷端上不需要的振动，并且从而，抑制或者至少阻尼该发电机连接到其的该传动轴的振动激励。
这个设备的缺点是，其仅仅通过该电力负荷抑制谐振激励，但是不直接地阻尼该振动，因此不能抵消任何用机械方法出现的激励。
为了在发电机的传动链中直接阻尼扭转振动，在“IEEE Trans.EnergyConv”vol.8，p.63 ff.，1993，C.-J.Wu等等中提出了一种带有中间能量存储器的系统，有效能量可以从其中传送给该发电机，并且从而可以抵消该传动链的振动。对于中间能量存储器，一个安排在直流电路中的超导线圈被使用，该直流电路被经由半导体开关元件电路和变压器连接到该发电机的电力网。该网络包括多个不同的用户单元，其临时地连接或者断开相互无关的负荷。由C.-J.Wu等等描述的方案的原始目的不是振荡阻尼，但是提供一个中间能量存储器使在该网络中的短暂负荷差别平坦。其中用于该方案的该控制系统被安排辅助于一个控制器，该控制器提示在该发电机的轴中的速度改变，并且借助于该方案抵消这些变化，在该传动链中的扭转振动可以被阻尼，该扭转振动显然是自己作为在该发电机的轴中的速度变化。
该扭转振动的直接阻尼理论上是可以借助于这种方法实现的。但是，尤其是，由于以下的缺点，C.-J.Wu等等的方法是不适合于实际的应用。借助于这种方法，无论它们是否属于谐振的扭转振动，所有的速度变化被如此检测和阻尼。因此，这可以在该发电机的操作中导致故障。
此外，在多个发电机连接到其的网络中操作是成问题的，其传动链可能具有不同的谐振频率，因为在一个传动链中的一个振动的阻尼可以导致在另外的传动链中的振动。
为了对该传动链的宽带的阻尼提供能量，大的电感的超导线圈也是必需的，其中该操作也与另一个缺点有关。
尤其，使用大的超导线圈用于阻尼振动的一个问题是，在10Hz和40Hz之间的范围中输出有效能量时，可以在该超导绕组中出现交变场损耗，这可以导致该超导性的击穿(猝熄)。这可以利用大的技术力量避免，但是该结果将是不经济的性能指标。此外，由C.-J.Wu等等描述的该方法借助于大的线圈必然地要求不考虑振动的出现，电流不断地通过该线圈，通过其出现损耗，特别地，在冷却设备的附近。
此外，在该发电机轴中速度差的测量作为一个控制变量对故障是敏感的，因为该速度偏差相对于该轴的转动速度是非常小的。一方面，这是由于该轴有时以每分钟1000以上的转速速率旋转，另一方面，由在例如20cm以上的大直径的轴中的扭转振动所引起的角速度是非常小的。因此，在很大的发电机的传动链中，具有十分之一度的整个角扭转幅度的大约30Hz的振动可以导致严重的负荷。鉴于在操作期间由于旋转该轴很大的角速度，经由该轴的速度测量，上述的角度扭转的测量对故障和不可靠性是敏感的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于在旋转传动链中阻尼扭转振动的设备和方法，其中该阻尼将被借助于极小的动力进行，并且在该传动链中共振将被抑制。此外，不同的电机的多个传动链的阻尼将借助于最小的可允许的动力进行，该不同的电机尽可能地以不同的扭力的谐振频率连接到一个网络。这些目的是通过本发明的方法和设备来解决的。
本发明是以专有地扭转振动的想法为基础的，在随着一个电机被阻尼操作具有传动链的设备期间，扭转振动是成问题的。成问题的例如是在特定的频率上的扭转振动，其可能导致该设备的一部分损坏。这具有下列好处，即，利用的阻尼功率可以被最小化。
按照本发明，该阻尼按照典型的机械阻尼发生。该阻尼对该扭转振动的角速度施加反相。这是有益的，由于用这种方法，该能量被以达到用于阻尼该扭转振动的目标方式使用。传动链的扭转振动可以以简化形式表示为用于简单的扭力振荡器的该微分方程式：
Iφ**+Cφφ*+Kφφ＝0
在这里，I是该振荡器的惯性动量，Cφ是该扭矩的阻尼常数，并且Kφ是该扭转簧常数。φ是该扭转振动的随时间变化的位移变量。该位移变量的第一时间导数是该角速度φ*，并且第二时间导数是该角加速度φ**。当其导致最大扭矩穿过该位移变量的零位置，也就是说，与该角速度反相的时候，阻尼力矩是有效的。
最好是，具有至少一个用于电机械能转换的机器的传动链被阻尼，在这里例如这可以是发电机和/或电动机。该机器可以是同步或者异步机。该传动链例如可以是带有连接到其的发电机的汽轮机，带有发电机的风力电站，带有发电机的水电的涡轮机，或者带有飞轮的用于电能的中间存储器，驱动该飞轮的电动机和发电机。用于电能的该中间存储器还可以具有一个用于驱动或者该飞轮输出的电机。该电机还可以例如是在想要的操作期间用于轧钢车间的电动机，在这里描述的该设备的传动链正常连续地旋转。其可以以恒定角速度或者以可变的角速度，在二个包括开机-关机程序的角速度之间的范围内在一致的方向上连续地旋转。按照本发明的方法还可以在对于阻尼在开和/或关操作期间出现的振动说来尤其是重要的设备中使用。
该电机被连接到一个电子多极，其能够驱动该机器和/或从该机器中提取能量。该多极可以代表一个三相电力网或者正弦交流或者直流网络。该多极可以是公用的供电网或者用于工厂的内部供电网。如果刚性的网络(例如，公用的供电网)是由该电机供电的，如果带有该阻尼装置的该电机的供电网通过一个电感(例如，扼流圈或者变压器)从该刚性的网络中去耦，按照本发明的该阻尼效果可以被增强。利用这个措施，该供电网的输入感应性被对于由该阻尼装置提供的有效能量有利地提高。类似的原理适用于一个从刚性的网络提供的电机。
最好是，该阻尼装置与扭转振动的谐振频率相匹配，由此，一方面，在该测量装置上生成精度需要，另一方面，可以将用于阻尼的能量最小化。在该谐振频率上阻尼还具有以下的优点。带有其相关的涡轮机和移动质量的发电设备，或者其它带有类似大小的电机的设备在其结构方面通常是多年保持不变的。因此，该传动链的扭转振动的谐振频率大体上仍然是不变的。该设备可以被调谐到该传动链的最低的谐振频率或者较高的扭矩的谐振频率。该调谐还可以被安排为变化的频率，例如其保持在超过或低于谐振频率的3％。该频率调谐可以取决于该结构来确定和安排为不可控制的。如果按照本发明的该设备的调整控制该阻尼的幅度和相位长度，其是足够的。该设备调谐到谐振频率的事实还可以给予成本优势。
有利地，本发明用于其谐振的扭转振动具有500以上的质量因子的传动链的扭矩的阻尼。给出弱的阻尼，该质量因子间接地与好的近似值振动的阻尼因子成正比，并且描述该衰减行为。该方法还可以有利地被用于300以上或者150的质量因子。带有上述的很大的质量因子的扭转振动典型地在大规模的、大块的设备中存在。
做为选择，本发明还可以有利地被对于其谐振的扭转振动具有小于150的质量因子的传动链使用，例如，在生产设备中。如果在生产设备中扭转振动被按照本发明阻尼，这提供制造精度被提高的优点。
带有按照本发明施加的该阻尼力矩的该质量因子最好是低于200。带有施加的该阻尼力矩的该质量因子还可以有利地保持在此以下，例如，在150之下或者在100之下。取决于该阻尼的作用，在70之下的质量因子是可允许的。低的质量因子具有该振动快速地衰减的优点。
在一个本发明优选的实施例中，该阻尼力矩的幅度或者能量是取决于一个控制变量控制的。作为该输入变量，该控制器在该传动链中的至少一个部位上使用一个表示经由扭转(扭转负荷)的机械载荷的控制变量。最好是，该传动链的扭转负荷被在至少一个部位上测量，在这里该机械负荷是最大的。以这种方法，扭转振动可以被尤其精确地和无错误地检测。尤其地，在传动链具有大直径的情况下，由于谐振振动的该扭转负荷可以是很高的，甚至具有相对小的扭转角。因此，虽然借助于适当的信号处理，可以在该机器上提供该角速度的测量，在适当的部位上的该机械负荷的测量提供可与在电机的轴上的简单角速度测量相比较的优点。使用扭转负荷作为一个用于该阻尼强度的控制变量有下列好处，即，被用来阻尼该扭转振动的该扭矩可以被特别地施加，并且借助于该控制器适当的设置不会导致过度补偿，即，振荡激发。
该控制变量可以从一个传感器的测量信号中或者从多个传感器的测量信号中确定。多个传感器可以有下列好处，即，借助于作为该传感器适当的信号处理，干扰变量可以被过滤。一个传感器可以有下列好处，即，其牵涉用于该测量设备的施工安装较小的力量。这里多个传感器被使用，它们最好是被适用在该传动链上的不同的位置上。该不同的位置可以被相对于该传动链相互角向地或者轴向地间隔。因此，例如，在该传动链上的二个相对的位置上的二个扭矩的变形测量是有益的，使得二个传感器包括180°的方位角。借助于适当的处理来自该传感器的输出信号，由该传动轴的属性所引起的干扰变量可以被滤出，该传动轴的属性在该传动轴的边缘上变化。借助于适当的信号处理，其它的方位角，例如30°或者90°也是可允许的。最好是，多个传感器可以相互轴向地配置适用。该谐振的扭转振动的精确的内在波形，和最大机械负荷的部位最初是未知数，扭矩的变形测量相互轴向地配置是特别地有益的，
如果该扭转负荷的测量是借助于一个或多个角速度传感器承担的，二个角速度测量设备互相轴向地配置提供特定的优点，由于以这种方法，位于在二个传感器之间的该传动链的部件的扭转负荷可以被确定。
在连续运转中，该电机的轴的角速度可能会变化，甚至当其是最小量值时，其严重地妨碍该扭转负荷的确定，乃至使其是不可能的。人们认为，与该轴的恒定角速度相比较该角速度由于该扭转振动是非常小的。在大规模的发电设备中，例如，1000转/分钟以上的角速度通常由于高的扭转弹簧刚性导致该厚的传动链的结果，在扭转振动期间出现非常小的偏差。与第一个谐振的扭转振动的通常的低频相结合，例如，在10Hz和40Hz之间，这导致小的角速度的扭转振动。从测量的观点，这些小的扭矩的角速度可以存在很大的问题。因此，该测量使用来自二个轴向地配置的传感器的差信号是有益的。但是，如果足够地精密的传感器被与很好的信号处理一起使用，对于仅仅使用一个传感器来说也是可能的。
有利地，本发明可以以各种型式的传感器实现。如果该扭转负荷的测量是借助于角速度传感器执行的，可以使用所有已知的光角速度传感器。这有下列好处，即，经过试验和测试，它们测量无需接触，并且也是经济的。
但是，最好是，该扭转负荷被直接地测量。为了这个目的，例如，可以使用变形测量条，这被例如用胶水附着在该轴上。由于小的伸展，特别地在大直径的轴中，带有多个平行轨迹的长的变形测量条是有益的。使用变形测量，该机械负荷被直接地测量，与间接测量相比较其可以是有益的。
最好是，该扭转负荷的无感测量例如是借助于磁致伸缩传感器承担的。在实践中，用于扭转负荷的磁致伸缩测量的各种各样的传感器是已知的，诸如在Kaiserslautern(数据片Fraunhofer ITWM 2001)来自该Fraunhofer协会用于工业数学的“无接触扭矩传感器”。对于在大的轴上使用，由于其高的精确度，磁致伸缩传感器是特别地有益的。为了排除例如可以由随着该轴材料不同质环流造成的干扰影响，可以在该轴的外围设备方向施加多个传感器。
来自该传感器或者传感器的该测量信号被处理，以便其可以用于控制该阻尼。最好是，反馈变量源自于该控制变量，该控制变量是从来自一个或多个传感器的该测量信号中获得的。该反馈变量最好是表示来源于该谐振的扭转振动的该角速度。如果这个角速度是直接地从在来自如上所述的二个角速度测量传感器的信号的差中确定的，这个信号有利地现在被仅仅滤波，以便获得该反馈变量。此外，可以提供处理步骤以便筛选出干扰变量。如果该扭转负荷被直接地测量，可以导出该位移变量，以便获得一个对应于该扭转振动的角速度的变量。有利地，为了这个目的，该滤波的测量信号被相移和反转。如果在该控制电路中整个相移大体上是90°，在反转时，产生一个与该扭转振动的角速度反相的变量。如果该信号被借助于一个滤波器处理，在相移和反转前后，该滤波器被设计为使得该输出信号主要是一个对应于该传动链的扭矩的谐振频率的振动信号，这提供以下的优点，该阻尼装置使用采用的能量主要地或者专有地用于阻尼该谐振的扭转振动。
在按照本发明的方法中借助于按照本发明的该阻尼装置发生该扭转振动的阻尼，其中有效能量被在该机器中产生。以这种方法，取决于该扭转振动和该阻尼力矩的相位，该机器被减速或者加速。有利地，一个中间能量存储器被使用，其中在制动阶段从该电机中提取的能量被临时地存储，以便在接下来的加速阶段作为有效能量将其施加给该机器。做为选择，该能量可以从另一个能源载体中提取。如果连接到该电机的该多极是一个交流电路，那么，带有振荡器部分的直流电路有利地被用作该中间能量存储器，该直流电路还可以被指定为是一个振荡电流部分。
在该直流电路中线圈被特别地适宜作为该中间能量存储器，因为其有利地具有很大的能量储存容量。做为选择，有可能在直流电路内去使用一种电容器和/或电感器和/或额外的欧姆电阻器作为中间能量存储器的方案。
如果线圈被用作该中间能量存储器，这个线圈有利地是有或者没有铁心的线圈，其是空气或者水冷式的。与例如超导线圈相比，这是通过大体上较低的采集成本和维修费用区别的。但是，使用不同于在这里提及的那些线圈也是可允许的。线圈的组合也是可允许的。
最好是，至少一个线圈的整个电感小于5mH。通过使用较低的电感的线圈，可以实现该阻尼装置的成本节省和紧凑的结构。在大的或者带有低的谐振频率的设备中，例如，高达10mH乃至20mH以上(例如，50mH)的较大的线圈可能是有益的。特别的应用，小于3mH乃至1mH的整个电感可能是足够的和有益的。使用小的电感的另一个特别重要的优点在于能够给该线圈快速地充电的可能性。在短时间，例如，几毫秒内可以在该线圈中出现电流堆积。该线圈不必保持电流不断地其，并且在第一个阶段期间，在出现谐振的扭转振动时，可以尽可能地首先充电。因此，该阻尼装置能够节省损耗，如果该线圈被随着电流保持，其将出现。
有利地，该直流电路被经由电流转换器连接到该交流电路。在具有电网频率超过该扭矩的谐振频率的三相电路的情况下，这是以6脉冲桥接电路实现的。但是，做为选择，使用12脉冲桥接电路或者其它的电路是可允许的。如果该扭矩的谐振频率超过该交流电路的电网频率，除了提及的那些之外，其它的电流转换器可能是有益的。在6脉冲桥接电路或者其它的半导体开关元件配备的电流转换器的情况下，该直流电路可以是通过该半导体开关元件适宜的点火角控制来电流控制的。该可控硅控制是按照电流转换器技术已知的方法实现的。
在本发明的另一个优选的变种中，电容器被在该电流转换器的直流侧上用作该能量存储器。这有下列好处，即，该直流侧可以在电压控制之下工作，并且例如，IGBT晶体管还可以被在该电流转换器中使用。这提供以下的优点，即，该电流转换器的阀门是与在该电流转换器的交流电侧上的该电网频率无关地可切换的，从而可以在近似任何的频率上在该多极中产生有效能量，包括显著地超过该电网频率，例如两倍于该电网频率。在该IGBT电流转换器中以区别于现有技术的方式进行电压控制。
一种有益的可供选择的办法是由GTO半导体开关元件表示的，其在电流控制之下工作，并且可以被关闭。在GTO半导体开关元件的情况下，线圈可以有利地被用作能量存储器。因为GTO半导体开关元件可以被关闭，有可能在比该电网频率显著地更高的频率上产生有效能量。GTO半导体开关元件也提供它们是经济的优点。对于GTO半导体开关元件，通常比对于半导体开关元件需要更多的有效控制电路，因为为了关闭需要很大的控制电流。本发明最好是被用来以一个电机阻尼在传动链中的扭转振动，该电机是一个同步电机。这有下列好处，即，该电网频率是通过该同步电机的转速来确定的。以这种方法，给定该扭转振动的已知的频率和已知的电网频率或者已知的电网频率范围，该电流转换器可以被适当地设计。如果该电网频率处于超出要阻尼的该扭转频率的范围，例如，可以使用前述的6脉冲或者12脉冲桥接电路。
取决于特定的应用，利用异步电机或者同步电机的该方法的可用性可能需要额外的技术努力，例如，利用一个旋转速度可变的激励。这个努力涉及该电流转换器适应该电网频率，该电网频率可以在宽的范围内尽可能地是可变的。
有利地，该电流转换器使其交流电侧通电地与该交流电路分离。这有下列好处，即，该电压可以经由该变压器的变压比被在该电流转换器侧上调整。取决于在该电机被连接到其的交流电路中的该电压来进行这个调整。一种无需电流的分离方案也是可允许的，在这里优点可以是省去该变压器的结果。
来自该控制电路的反馈变量，利用适宜的测量，一个目标值被形成对于该电流控制系统或者该直流电路的电压控制系统的相位角控制。有利地，为了这个目的，振荡分量或者交变分量被增加给直流成分或者直流分量，其表示反馈变量并且因此具有大体上对应于要阻尼的扭矩的谐振频率的频率。如果该电流转换器现在是借助于如此形成的该目标值控制的，那么，对应于该目标值的振荡分量的阻尼能量被施加在该机器中。
该阻尼程度可以有利地被控制，因为该目标值的振荡分量的幅度被控制。该振荡分量越大，在每个扭转振动阶段中从该机器中提取和再次反馈的能量越多。此外，经由该直流分量的大小，该阻尼能量可以被调整。因为在每个阶段中该最大可储存能取决于该直流分量，从而对预先规定最大阻尼能量来说有利地是可能的。该直流分量的控制在新的或者已经存在的设备中对于该阻尼装置的初始安装和命令提供特定的优点。最好是，当没有出现扭转振动的时候，该直流电路被切换到零电流。接着扭转振动也衰减，也许在一个等待时间之后，该直流电路可以被切换到零电流。
该阻尼装置被在该电机中设置去在该传动轴的扭矩的谐振频率的频率上提供有效的能量。如果该控制电路不起作用，这可以在短时间内导致对该设备严重的破坏。因此，在该直流电路中电流调整对于该阻尼装置的运行可靠性是特别地有益的，因为借助于小的直流分量和相应地小的最大有效能量，从而可以检查该控制电路和整个阻尼装置的实用的性能。在操作中，该电流调整能够限制该阻尼能量，由此可以防止该电流转换器和/或该线圈和/或其它的分量的过载。
该阻尼装置有利地可以以非常低的功率电平工作。这有下列好处，即，在该电流转换器和该直流电路附近的所有部件可以被经济地设计。最好是，该阻尼装置被设计成能使用该机电地转换的能量的最大5％作为阻尼能量。在大多数情况下，这是足够的，因为仅仅在该谐振频率范围中的振动被借助于该阻尼装置阻尼。做为选择，对于分级该设备用于由该机器转换的能量最大1％或者3％来说是可能的。10％或者20％的负荷率也可以是有用的。
该方法和该阻尼装置特别地适合于带有电机的设备，其中带有附着在其上和随其旋转的部件的该旋转传动轴的大部分总计达20吨以上。该扭转振动性能大体上是由安装在该传动轴上的该部件的惯性动量确定的。在具有很大惯性动量的传动链中，优先地发生以低的阻尼低的谐振频率，按照本发明的方法特别地适宜于低的阻尼。当带有安装在其上的部件的该传动链的总的惯性动量总计达5000kgm2以上的时候，用于阻尼的方法和设备的使用特别地是有益的。其使用对于较小的惯性动量也可以是有用的，例如，超过1000kgm2。该方法特别地适合于超过20000或者80000kgm2的非常大的惯性动量。因此，其使用对于传动链的该旋转部件的整个质量超过40或者100吨是特别地有益的。
低的谐振频率可以有利地被利用按照本发明的阻尼装置来阻尼，其还可以出现在显著地较小的质量的传动链中。该谐振频率不仅取决于该旋转质量的惯性动量，而且取决于链接该旋转质量的该轴的扭转弹簧刚性。因此，在例如造纸或者印刷设备中出现低的谐振频率是可允许的，其具有在一和五吨之间的旋转质量，因为该轴的扭转弹簧刚性具有适当的值。
在大规模的设备中，该阻尼装置有利地被再分成一个控制模块和多个电源模块，由此该整个阻尼输出是经由同等地构成的电源模块的数目可标定的。该模块被设计为以便一个控制模块能够控制多个电源模块。该电源模块每个包括一个电流转换器，也许是一个用于电流与该网络分离的变压器，一个连接到该电流转换器并且具有中间能量存储器的直流电路，最好是，以线圈和该点火角控制的形式。做为选择，该点火角控制也可以被包含在该控制模块中。该控制模块包含所有为了信号处理提供的设备，并且在其输入侧上具有用于一个或多个传感器的连接机构。借助于这种结构，现有的阻尼装置可以有利地具有经由额外安装的电源模块增加的其最大功率。
如果一个网络包括多个电机，也就是说，如果多个电机被连接到相同的多极，那么，如果该传动链具有不同的扭矩谐振频率，在该特殊的电机的传动链中谐振的扭转振动可以有利地被分别地阻尼。为了这个目的，阻尼装置被提供用于在该网络中的一个电机的传动链的每个扭矩的谐振频率，每个被调谐到各自的扭矩的谐振频率。如果该传动轴的扭矩的谐振频率是不同的，为了阻尼该传动轴的扭转振动，在该网络中用于阻尼产生的能量，对于在相同的网络中的另一个的传动链是没有危险的，因为没有谐振振动可以被在那里激发。
在一个有益的实施例中，按照本发明的该阻尼装置适合于在旋转的传动链的不同的频率上阻尼多个扭转振动。为了这个目的，施加于该传动链的该阻尼力矩包含不同的预定频率的频率分量，该频率分量与不同的扭转振动的角速度是反相的。这有下列好处，即，多个低频扭转振动可以代表在该传动链的操作期间的危害，其可以被以有利的方式阻尼。为了这个目的，该阻尼装置有利地具有多个测量设备，借助于其反馈变量可以被在不同的频率上确定用于该传动链的不同的扭转振动。多个测量设备可以被链接到一个或者多个传感器。例如，可以规定每个测量设备被链接到一个相关的传感器或者多个相关的传感器。这有下列好处，即，该传感器可以被分别地调谐到各自的测量设备，并且被调谐到由该测量设备测量的频率。做为选择，可以规定多个测量设备共同地使用来自一个或多个传感器的信号。这有下列好处，即，一个单独的传感器或者多个传感器不必分配给每个测量设备。
最好是，在预定的频率的至少一些上该传动链的多个扭转振动被大体上对应于该传动链的谐振的频率阻尼。这有下列好处，即，被用来阻尼的能量可以被最小化，因为该阻尼能量被用于扭转振动，其代表在该设备的操作期间的危险。多个不同的谐振频率例如出现在具有多个涡轮机的涡轮发电机中，例如，一个高压涡轮机、一个中等压力涡轮机和二个低压涡轮机，该谐振的频率可以被特别有利地借助于按照本发明的该阻尼装置来阻尼。每个涡轮机，该发电机本身和所有更多的部件代表由轴连接的旋转质量。这种类型的安排通常具有多个带有低的谐振频率的内在的振动形式。低的谐振频率例如是一个低于50Hz或者低于100Hz的频率。该相关的振动形式被因此地区别，一个或多个旋转质量与另一个旋转质量相对振动。例如，借助于描述的该涡轮发电机，该高压和中等压力涡轮机可以与另一个涡轮机相对振动，或者该高压、中等压力和一个低压涡轮机可以在低的谐振频率上与另一个低压涡轮机和该发电机相对振动。为了尽可能精确地检测不同的扭转振动，一个或多个传感器被安排在该传动链上的该部位上，在这里由该扭转振动产生的变形是最大的。例如，振动传感器安排在该旋转质量之间的相应的轴上是有益的，因为在那里给出该谐振频率的内在振动形式最大的变形将是期望的。最好是，调谐到预定的谐振频率的该测量设备被链接到安排在该部位上的该传感器，在该部位上由在相应的谐振频率上的该扭转振动产生的该变形是最大的。这有下列好处，即，在该测量设备的附近需要最小的力量，用于进一步处理代表该控制变量的该传感器信号。
最好是，借助于该测量设备，多个反馈变量由多个控制变量形成，每个反馈变量具有大体上等于该相应的扭转振动的频率的频率。每个反馈变量的幅度取决于可归因于这个反馈变量的该扭转振动的强度。这有下列好处，即，要阻尼的该扭转振动的每个被在正确的电平上阻尼，并且不出现过度补偿，即，振动激励。有利地，如果扭转振动出现在相应的频率上，并且一个幅度超过预先地定义的阈值，测量设备只能输出一个反馈变量。这有下列好处，即，如果可以实际上出现在操作中将代表损害的振动，该阻尼装置只能被使用。有利地，该阻尼装置具有一个反馈变量加法器，其增加由该测量设备输出的该反馈变量，并且其输出被链接到该控制器的加法器的输入端。在该控制器的加法器中，影响该阻尼能量的幅度的该直流部分被增加给该反馈变量的总和。该反馈变量加法器有下列好处，即，对于要阻尼的不同的振动仅仅需要一个电源模块。做为选择，可以规定使用多个电源模块，在这里例如一个电源模块阻尼最低的谐振频率的扭转振动，并且另一个电源模块阻尼位于超过其的二个谐振的频率的扭转振动。
在该加法器的输出端上，该反馈变量和该直流部分的总和被输出，这个总和代表用于该电流转换器的目标值。
做为选择，对于使用带有模数和数模转换器的计算机执行该测量设备的任务来说也是可能的。这提供以下的优点，即，可以毫不费力地适用包括过滤和相移的信号处理。也可以数字地执行该反馈变量的求和和该直流分量的相加。这有下列好处，即，该计算机采取许多单个单元的功能，以便该阻尼装置的结构是更简单的。通过对比，包括单个模拟单元的该结构提供以下的优点，即，无需取决于计算机的容量使用，过滤和相移被可靠地在给定的时间跨度内执行。
本发明可以被有利地使用，尤其是用于阻尼在风力或者涡轮发电机、船驱动系统、直升飞机驱动、电梯驱动或者竖轴的传动链中的扭转振动或者谐振的扭转振动。为了这个目的，仅仅与相应的应用适合的该阻尼频率和阻尼能量的技术是必需的。
本发明是以专有地扭转振动的想法为基础的，在随着一个电机被阻尼操作具有传动链的设备期间，扭转振动是成问题的。成问题的例如是在特定的频率上的扭转振动，其可能导致该设备的一部分损坏。这具有下列好处，即，利用的阻尼功率可以被最小化。
按照本发明，该阻尼按照典型的机械阻尼发生。该阻尼对该扭转振动的角速度施加反相。这是有益的，由于用这种方法，该能量被以达到用于阻尼该扭转振动的目标方式使用。传动链的扭转振动可以以简化形式表示为用于简单的扭力振荡器的该微分方程式：
Iφ**+Cφφ*+Kφφ＝0
在这里，I是该振荡器的惯性动量，Cφ是该扭矩的阻尼常数，并且Kφ是该扭转簧常数。φ是该扭转振动的随时间变化的位移变量。该位移变量的第一时间导数是该角速度φ*，并且第二时间导数是该角加速度φ**。当其导致最大扭矩穿过该位移变量的零位置，也就是说，与该角速度反相的时候，阻尼力矩是有效的。
最好是，具有至少一个用于电机械能转换的机器的传动链被阻尼，在这里例如这可以是发电机和/或电动机。该机器可以是同步或者异步机。该传动链例如可以是带有连接到其的发电机的汽轮机，带有发电机的风力电站，带有发电机的水电的涡轮机，或者带有飞轮的用于电能的中间存储器，驱动该飞轮的电动机和发电机。用于电能的该中间存储器还可以具有一个用于驱动或者该飞轮输出的电机。该电机还可以例如是在想要的操作期间用于轧钢车间的电动机，在这里描述的该设备的传动链正常连续地旋转。其可以以恒定角速度或者以可变的角速度，在二个包括开机-关机程序的角速度之间的范围内在一致的方向上连续地旋转。按照本发明的方法还可以在对于阻尼在开和/或关操作期间出现的振动说来尤其是重要的设备中使用。
该电机被连接到一个电子多极，其能够驱动该机器和/或从该机器中提取能量。该多极可以代表一个三相电力网或者正弦交流或者直流网络。该多极可以是公用的供电网或者用于工厂的内部供电网。如果刚性的网络(例如，公用的供电网)是由该电机供电的，如果带有该阻尼装置的该电机的供电网通过一个电感(例如，扼流圈或者变压器)从该刚性的网络中去耦，按照本发明的该阻尼效果可以被增强。利用这个措施，该供电网的输入感应性被对于由该阻尼装置提供的有效能量有利地提高。类似的原理适用于一个从刚性的网络提供的电机。
最好是，该阻尼装置与扭转振动的谐振频率相匹配，由此，一方面，在该测量装置上生成精度需要，另一方面，可以将用于阻尼的能量最小化。在该谐振频率上阻尼还具有以下的优点。带有其相关的涡轮机和移动质量的发电设备，或者其它带有类似大小的电机的设备在其结构方面通常是多年保持不变的。因此，该传动链的扭转振动的谐振频率大体上仍然是不变的。该设备可以被调谐到该传动链的最低的谐振频率或者较高的扭矩的谐振频率。该调谐还可以被安排为变化的频率，例如其保持在超过或低于谐振频率的3％。该频率调谐可以取决于该结构来确定和安排为不可控制的。如果按照本发明的该设备的调整控制该阻尼的幅度和相位长度，其是足够的。该设备调谐到谐振频率的事实还可以给予成本优势。
有利地，本发明用于其谐振的扭转振动具有500以上的质量因子的传动链的扭矩的阻尼。给出弱的阻尼，该质量因子间接地与好的近似值振动的阻尼因子成正比，并且描述该衰减行为。该方法还可以有利地被用于300以上或者150的质量因子。带有上述的很大的质量因子的扭转振动典型地在大规模的、大块的设备中存在。
做为选择，本发明还可以有利地被对于其谐振的扭转振动具有小于150的质量因子的传动链使用，例如，在生产设备中。如果在生产设备中扭转振动被按照本发明阻尼，这提供制造精度被提高的优点。
带有按照本发明施加的该阻尼力矩的该质量因子最好是低于200。带有施加的该阻尼力矩的该质量因子还可以有利地保持在此以下，例如，在150之下或者在100之下。取决于该阻尼的作用，在70之下的质量因子是可允许的。低的质量因子具有该振动快速地衰减的优点。
在一个本发明优选的实施例中，该阻尼力矩的幅度或者能量是取决于一个控制变量控制的。作为该输入变量，该控制器在该传动链中的至少一个部位上使用一个表示经由扭转(扭转负荷)的机械载荷的控制变量。最好是，该传动链的扭转负荷被在至少一个部位上测量，在这里该机械负荷是最大的。以这种方法，扭转振动可以被尤其精确地和无错误地检测。尤其地，在传动链具有大直径的情况下，由于谐振振动的该扭转负荷可以是很高的，甚至具有相对小的扭转角。因此，虽然借助于适当的信号处理，可以在该机器上提供该角速度的测量，在适当的部位上的该机械负荷的测量提供可与在电机的轴上的简单角速度测量相比较的优点。使用扭转负荷作为一个用于该阻尼强度的控制变量有下列好处，即，被用来阻尼该扭转振动的该扭矩可以被特别地施加，并且借助于该控制器适当的设置不会导致过度补偿，即，振荡激发。
该控制变量可以从一个传感器的测量信号中或者从多个传感器的测量信号中确定。多个传感器可以有下列好处，即，借助于作为该传感器适当的信号处理，干扰变量可以被过滤。一个传感器可以有下列好处，即，其牵涉用于该测量设备的施工安装较小的力量。这里多个传感器被使用，它们最好是被适用在该传动链上的不同的位置上。该不同的位置可以被相对于该传动链相互角向地或者轴向地间隔。因此，例如，在该传动链上的二个相对的位置上的二个扭矩的变形测量是有益的，使得二个传感器包括180°的方位角。借助于适当的处理来自该传感器的输出信号，由该传动轴的属性所引起的干扰变量可以被滤出，该传动轴的属性在该传动轴的边缘上变化。借助于适当的信号处理，其它的方位角，例如30°或者90°也是可允许的。最好是，多个传感器可以相互轴向地配置适用。该谐振的扭转振动的精确的内在波形，和最大机械负荷的部位最初是未知数，扭矩的变形测量相互轴向地配置是特别地有益的，
如果该扭转负荷的测量是借助于一个或多个角速度传感器承担的，二个角速度测量设备互相轴向地配置提供特定的优点，由于以这种方法，位于在二个传感器之间的该传动链的部件的扭转负荷可以被确定。
在连续运转中，该电机的轴的角速度可能会变化，甚至当其是最小量值时，其严重地妨碍该扭转负荷的确定，乃至使其是不可能的。人们认为，与该轴的恒定角速度相比较该角速度由于该扭转振动是非常小的。在大规模的发电设备中，例如，1000转/分钟以上的角速度通常由于高的扭转弹簧刚性导致该厚的传动链的结果，在扭转振动期间出现非常小的偏差。与第一个谐振的扭转振动的通常的低频相结合，例如，在10Hz和40Hz之间，这导致小的角速度的扭转振动。从测量的观点，这些小的扭矩的角速度可以存在很大的问题。因此，该测量使用来自二个轴向地配置的传感器的差信号是有益的。但是，如果足够地精密的传感器被与很好的信号处理一起使用，对于仅仅使用一个传感器来说也是可能的。
有利地，本发明可以以各种型式的传感器实现。如果该扭转负荷的测量是借助于角速度传感器执行的，可以使用所有已知的光角速度传感器。这有下列好处，即，经过试验和测试，它们测量无需接触，并且也是经济的。
但是，最好是，该扭转负荷被直接地测量。为了这个目的，例如，可以使用变形测量条，这被例如用胶水附着在该轴上。由于小的伸展，特别地在大直径的轴中，带有多个平行轨迹的长的变形测量条是有益的。使用变形测量，该机械负荷被直接地测量，与间接测量相比较其可以是有益的。
最好是，该扭转负荷的无感测量例如是借助于磁致伸缩传感器承担的。在实践中，用于扭转负荷的磁致伸缩测量的各种各样的传感器是已知的，诸如在Kaiserslautern(数据片Fraunhofer ITWM 2001)来自该Fraunhofer协会用于工业数学的“无接触扭矩传感器”。对于在大的轴上使用，由于其高的精确度，磁致伸缩传感器是特别地有益的。为了排除例如可以由随着该轴材料不同质环流造成的干扰影响，可以在该轴的外围设备方向施加多个传感器。
来自该传感器或者传感器的该测量信号被处理，以便其可以用于控制该阻尼。最好是，反馈变量源自于该控制变量，该控制变量是从来自一个或多个传感器的该测量信号中获得的。该反馈变量最好是表示来源于该谐振的扭转振动的该角速度。如果这个角速度是直接地从在来自如上所述的二个角速度测量传感器的信号的差中确定的，这个信号有利地现在被仅仅滤波，以便获得该反馈变量。此外，可以提供处理步骤以便筛选出干扰变量。如果该扭转负荷被直接地测量，可以导出该位移变量，以便获得一个对应于该扭转振动的角速度的变量。有利地，为了这个目的，该滤波的测量信号被相移和反转。如果在该控制电路中整个相移大体上是90°，在反转时，产生一个与该扭转振动的角速度反相的变量。如果该信号被借助于一个滤波器处理，在相移和反转前后，该滤波器被设计为使得该输出信号主要是一个对应于该传动链的扭矩的谐振频率的振动信号，这提供以下的优点，该阻尼装置使用采用的能量主要地或者专有地用于阻尼该谐振的扭转振动。
在按照本发明的方法中借助于按照本发明的该阻尼装置发生该扭转振动的阻尼，其中有效能量被在该机器中产生。以这种方法，取决于该扭转振动和该阻尼力矩的相位，该机器被减速或者加速。有利地，一个中间能量存储器被使用，其中在制动阶段从该电机中提取的能量被临时地存储，以便在接下来的加速阶段作为有效能量将其施加给该机器。做为选择，该能量可以从另一个能源载体中提取。如果连接到该电机的该多极是一个交流电路，那么，带有振荡器部分的直流电路有利地被用作该中间能量存储器，该直流电路还可以被指定为是一个振荡电流部分。
在该直流电路中线圈被特别地适宜作为该中间能量存储器，因为其有利地具有很大的能量储存容量。做为选择，有可能在直流电路内去使用一种电容器和/或电感器和/或额外的欧姆电阻器作为中间能量存储器的方案。
如果线圈被用作该中间能量存储器，这个线圈有利地是有或者没有铁心的线圈，其是空气或者水冷式的。与例如超导线圈相比，这是通过大体上较低的采集成本和维修费用区别的。但是，使用不同于在这里提及的那些线圈也是可允许的。线圈的组合也是可允许的。
最好是，至少一个线圈的整个电感小于5mH。通过使用较低的电感的线圈，可以实现该阻尼装置的成本节省和紧凑的结构。在大的或者带有低的谐振频率的设备中，例如，高达10mH乃至20mH以上(例如，50mH)的较大的线圈可能是有益的。特别的应用，小于3mH乃至1mH的整个电感可能是足够的和有益的。使用小的电感的另一个特别重要的优点在于能够给该线圈快速地充电的可能性。在短时间，例如，几毫秒内可以在该线圈中出现电流堆积。该线圈不必保持电流不断地其，并且在第一个阶段期间，在出现谐振的扭转振动时，可以尽可能地首先充电。因此，该阻尼装置能够节省损耗，如果该线圈被随着电流保持，其将出现。
有利地，该直流电路被经由电流转换器连接到该交流电路。在具有电网频率超过该扭矩的谐振频率的三相电路的情况下，这是以6脉冲桥接电路实现的。但是，做为选择，使用12脉冲桥接电路或者其它的电路是可允许的。如果该扭矩的谐振频率超过该交流电路的电网频率，除了提及的那些之外，其它的电流转换器可能是有益的。在6脉冲桥接电路或者其它的半导体开关元件配备的电流转换器的情况下，该直流电路可以是通过该半导体开关元件适宜的点火角控制来电流控制的。该可控硅控制是按照电流转换器技术已知的方法实现的。
在本发明的另一个优选的变种中，电容器被在该电流转换器的直流侧上用作该能量存储器。这有下列好处，即，该直流侧可以在电压控制之下工作，并且例如，IGBT晶体管还可以被在该电流转换器中使用。这提供以下的优点，即，该电流转换器的阀门是与在该电流转换器的交流电侧上的该电网频率无关地可切换的，从而可以在近似任何的频率上在该多极中产生有效能量，包括显著地超过该电网频率，例如两倍于该电网频率。在该IGBT电流转换器中以区别于现有技术的方式进行电压控制。
一种有益的可供选择的办法是由GTO半导体开关元件表示的，其在电流控制之下工作，并且可以被关闭。在GTO半导体开关元件的情况下，线圈可以有利地被用作能量存储器。因为GTO半导体开关元件可以被关闭，有可能在比该电网频率显著地更高的频率上产生有效能量。GTO半导体开关元件也提供它们是经济的优点。对于GTO半导体开关元件，通常比对于半导体开关元件需要更多的有效控制电路，因为为了关闭需要很大的控制电流。本发明最好是被用来以一个电机阻尼在传动链中的扭转振动，该电机是一个同步电机。这有下列好处，即，该电网频率是通过该同步电机的转速来确定的。以这种方法，给定该扭转振动的已知的频率和已知的电网频率或者已知的电网频率范围，该电流转换器可以被适当地设计。如果该电网频率处于超出要阻尼的该扭转频率的范围，例如，可以使用前述的6脉冲或者12脉冲桥接电路。
取决于特定的应用，利用异步电机或者同步电机的该方法的可用性可能需要额外的技术努力，例如，利用一个旋转速度可变的激励。这个努力涉及该电流转换器适应该电网频率，该电网频率可以在宽的范围内尽可能地是可变的。
有利地，该电流转换器使其交流电侧通电地与该交流电路分离。这有下列好处，即，该电压可以经由该变压器的变压比被在该电流转换器侧上调整。取决于在该电机被连接到其的交流电路中的该电压来进行这个调整。一种无需电流的分离方案也是可允许的，在这里优点可以是省去该变压器的结果。
来自该控制电路的反馈变量，利用适宜的测量，一个目标值被形成对于该电流控制系统或者该直流电路的电压控制系统的相位角控制。有利地，为了这个目的，振荡分量或者交变分量被增加给直流成分或者直流分量，其表示反馈变量并且因此具有大体上对应于要阻尼的扭矩的谐振频率的频率。如果该电流转换器现在是借助于如此形成的该目标值控制的，那么，对应于该目标值的振荡分量的阻尼能量被施加在该机器中。
该阻尼程度可以有利地被控制，因为该目标值的振荡分量的幅度被控制。该振荡分量越大，在每个扭转振动阶段中从该机器中提取和再次反馈的能量越多。此外，经由该直流分量的大小，该阻尼能量可以被调整。因为在每个阶段中该最大可储存能取决于该直流分量，从而对预先规定最大阻尼能量来说有利地是可能的。该直流分量的控制在新的或者已经存在的设备中对于该阻尼装置的初始安装和命令提供特定的优点。最好是，当没有出现扭转振动的时候，该直流电路被切换到零电流。接着扭转振动也衰减，也许在一个等待时间之后，该直流电路可以被切换到零电流。
该阻尼装置被在该电机中设置去在该传动轴的扭矩的谐振频率的频率上提供有效的能量。如果该控制电路不起作用，这可以在短时间内导致对该设备严重的破坏。因此，在该直流电路中电流调整对于该阻尼装置的运行可靠性是特别地有益的，因为借助于小的直流分量和相应地小的最大有效能量，从而可以检查该控制电路和整个阻尼装置的实用的性能。在操作中，该电流调整能够限制该阻尼能量，由此可以防止该电流转换器和/或该线圈和/或其它的分量的过载。
该阻尼装置有利地可以以非常低的功率电平工作。这有下列好处，即，在该电流转换器和该直流电路附近的所有部件可以被经济地设计。最好是，该阻尼装置被设计成能使用该机电地转换的能量的最大5％作为阻尼能量。在大多数情况下，这是足够的，因为仅仅在该谐振频率范围中的振动被借助于该阻尼装置阻尼。做为选择，对于分级该设备用于由该机器转换的能量最大1％或者3％来说是可能的。10％或者20％的负荷率也可以是有用的。
该方法和该阻尼装置特别地适合于带有电机的设备，其中带有附着在其上和随其旋转的部件的该旋转传动轴的大部分总计达20吨以上。该扭转振动性能大体上是由安装在该传动轴上的该部件的惯性动量确定的。在具有很大惯性动量的传动链中，优先地发生以低的阻尼低的谐振频率，按照本发明的方法特别地适宜于低的阻尼。当带有安装在其上的部件的该传动链的总的惯性动量总计达5000kgm2以上的时候，用于阻尼的方法和设备的使用特别地是有益的。其使用对于较小的惯性动量也可以是有用的，例如，超过1000kgm2。该方法特别地适合于超过20000或者80000kgm2的非常大的惯性动量。因此，其使用对于传动链的该旋转部件的整个质量超过40或者100吨是特别地有益的。
低的谐振频率可以有利地被利用按照本发明的阻尼装置来阻尼，其还可以出现在显著地较小的质量的传动链中。该谐振频率不仅取决于该旋转质量的惯性动量，而且取决于链接该旋转质量的该轴的扭转弹簧刚性。因此，在例如造纸或者印刷设备中出现低的谐振频率是可允许的，其具有在一和五吨之间的旋转质量，因为该轴的扭转弹簧刚性具有适当的值。
在大规模的设备中，该阻尼装置有利地被再分成一个控制模块和多个电源模块，由此该整个阻尼输出是经由同等地构成的电源模块的数目可标定的。该模块被设计为以便一个控制模块能够控制多个电源模块。该电源模块每个包括一个电流转换器，也许是一个用于电流与该网络分离的变压器，一个连接到该电流转换器并且具有中间能量存储器的直流电路，最好是，以线圈和该点火角控制的形式。做为选择，该点火角控制也可以被包含在该控制模块中。该控制模块包含所有为了信号处理提供的设备，并且在其输入侧上具有用于一个或多个传感器的连接机构。借助于这种结构，现有的阻尼装置可以有利地具有经由额外安装的电源模块增加的其最大功率。
如果一个网络包括多个电机，也就是说，如果多个电机被连接到相同的多极，那么，如果该传动链具有不同的扭矩谐振频率，在该特殊的电机的传动链中谐振的扭转振动可以有利地被分别地阻尼。为了这个目的，阻尼装置被提供用于在该网络中的一个电机的传动链的每个扭矩的谐振频率，每个被调谐到各自的扭矩的谐振频率。如果该传动轴的扭矩的谐振频率是不同的，为了阻尼该传动轴的扭转振动，在该网络中用于阻尼产生的能量，对于在相同的网络中的另一个的传动链是没有危险的，因为没有谐振振动可以被在那里激发。
在一个有益的实施例中，按照本发明的该阻尼装置适合于在旋转的传动链的不同的频率上阻尼多个扭转振动。为了这个目的，施加于该传动链的该阻尼力矩包含不同的预定频率的频率分量，该频率分量与不同的扭转振动的角速度是反相的。这有下列好处，即，多个低频扭转振动可以代表在该传动链的操作期间的危害，其可以被以有利的方式阻尼。为了这个目的，该阻尼装置有利地具有多个测量设备，借助于其反馈变量可以被在不同的频率上确定用于该传动链的不同的扭转振动。多个测量设备可以被链接到一个或者多个传感器。例如，可以规定每个测量设备被链接到一个相关的传感器或者多个相关的传感器。这有下列好处，即，该传感器可以被分别地调谐到各自的测量设备，并且被调谐到由该测量设备测量的频率。做为选择，可以规定多个测量设备共同地使用来自一个或多个传感器的信号。这有下列好处，即，一个单独的传感器或者多个传感器不必分配给每个测量设备。
最好是，在预定的频率的至少一些上该传动链的多个扭转振动被大体上对应于该传动链的谐振的频率阻尼。这有下列好处，即，被用来阻尼的能量可以被最小化，因为该阻尼能量被用于扭转振动，其代表在该设备的操作期间的危险。多个不同的谐振频率例如出现在具有多个涡轮机的涡轮发电机中，例如，一个高压涡轮机、一个中等压力涡轮机和二个低压涡轮机，该谐振的频率可以被特别有利地借助于按照本发明的该阻尼装置来阻尼。每个涡轮机，该发电机本身和所有更多的部件代表由轴连接的旋转质量。这种类型的安排通常具有多个带有低的谐振频率的内在的振动形式。低的谐振频率例如是一个低于50Hz或者低于100Hz的频率。该相关的振动形式被因此地区别，一个或多个旋转质量与另一个旋转质量相对振动。例如，借助于描述的该涡轮发电机，该高压和中等压力涡轮机可以与另一个涡轮机相对振动，或者该高压、中等压力和一个低压涡轮机可以在低的谐振频率上与另一个低压涡轮机和该发电机相对振动。为了尽可能精确地检测不同的扭转振动，一个或多个传感器被安排在该传动链上的该部位上，在这里由该扭转振动产生的变形是最大的。例如，振动传感器安排在该旋转质量之间的相应的轴上是有益的，因为在那里给出该谐振频率的内在振动形式最大的变形将是期望的。最好是，调谐到预定的谐振频率的该测量设备被链接到安排在该部位上的该传感器，在该部位上由在相应的谐振频率上的该扭转振动产生的该变形是最大的。这有下列好处，即，在该测量设备的附近需要最小的力量，用于进一步处理代表该控制变量的该传感器信号。
最好是，借助于该测量设备，多个反馈变量由多个控制变量形成，每个反馈变量具有大体上等于该相应的扭转振动的频率的频率。每个反馈变量的幅度取决于可归因于这个反馈变量的该扭转振动的强度。这有下列好处，即，要阻尼的该扭转振动的每个被在正确的电平上阻尼，并且不出现过度补偿，即，振动激励。有利地，如果扭转振动出现在相应的频率上，并且一个幅度超过预先地定义的阈值，测量设备只能输出一个反馈变量。这有下列好处，即，如果可以实际上出现在操作中将代表损害的振动，该阻尼装置只能被使用。有利地，该阻尼装置具有一个反馈变量加法器，其增加由该测量设备输出的该反馈变量，并且其输出被链接到该控制器的加法器的输入端。在该控制器的加法器中，影响该阻尼能量的幅度的该直流部分被增加给该反馈变量的总和。该反馈变量加法器有下列好处，即，对于要阻尼的不同的振动仅仅需要一个电源模块。做为选择，可以规定使用多个电源模块，在这里例如一个电源模块阻尼最低的谐振频率的扭转振动，并且另一个电源模块阻尼位于超过其的二个谐振的频率的扭转振动。
在该加法器的输出端上，该反馈变量和该直流部分的总和被输出，这个总和代表用于该电流转换器的目标值。
做为选择，对于使用带有模数和数模转换器的计算机执行该测量设备的任务来说也是可能的。这提供以下的优点，即，可以毫不费力地适用包括过滤和相移的信号处理。也可以数字地执行该反馈变量的求和和该直流分量的相加。这有下列好处，即，该计算机采取许多单个单元的功能，以便该阻尼装置的结构是更简单的。通过对比，包括单个模拟单元的该结构提供以下的优点，即，无需取决于计算机的容量使用，过滤和相移被可靠地在给定的时间跨度内执行。
本发明可以被有利地使用，尤其是用于阻尼在风力或者涡轮发电机、船驱动系统、直升飞机驱动、电梯驱动或者竖轴的传动链中的扭转振动或者谐振的扭转振动。为了这个目的，仅仅与相应的应用适合的该阻尼频率和阻尼能量的技术是必需的。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出一个阻尼装置示范的结构的略图；
图2示出在阻尼装置的操作期间记录的多个数据的表示；
图3示出另一个阻尼装置示范的结构的略图；
图4示出本发明一个用于竖轴的实施例的略图；
图5示出本发明另一个用于船驱动系统的轴的实施例的略图；和
图6示出本发明的能量成分的供选择的实施例的略图。
图1示出一个阻尼装置示范的结构的略图；
图2示出在阻尼装置的操作期间记录的多个数据的表示；
图3示出另一个阻尼装置示范的结构的略图；
图4示出本发明一个用于竖轴的实施例的略图；
图5示出本发明另一个用于船驱动系统的轴的实施例的略图；和
图6示出本发明的能量成分的供选择的实施例的略图。
具体实施方式
图1示出在该中心站中使用的能量供给单元10，尤其是，用于提供来自使用者20严重地变化的电力负荷。该能量供给单元10包括一个电动机11，其借助于来自公共网30的电能驱动一个传动链，在传动链上还安装飞轮块12和发电机13。该发电机13输出140MVA(短时功率)或者大约20至30MVA(持续功率)的功率。该发电机13将飞轮质量12的机械能量转换为电能，并且将其馈送进与公共网30分开的供电网31中。该供电网31是三相电力网，其工作在85Hz和110Hz之间的网络频率上。
在第一内在的扭转振动形式方面，在这个例子中该传动链的谐振频率大约是25Hz。借助于这种内在的形式，该发电机13的轴相对于该飞轮质量12的轴旋转。因此，在该飞轮质量12和发电机13之间的区域中，在该传动链中存在最大的扭转负荷。在该传动链中可以存在更高谐振频率的其它内在的扭转振动形式，虽然这些不会被利用在图1中示出的该阻尼装置阻尼。
该扭转振动是通过由该用户20进行的负荷变化激发的，其被借助于来自发电机13的电能在该供电网31上提供。此外，连接到该供电网31的是按照本发明的该阻尼装置，其具有电源模块40、控制系统50、目标值调节器60和传感器14。
由于该扭转振动，在该例子中，该机械负荷是该传感器14检测的，其使用基于由该扭转所引起的机械载荷的磁致伸缩效应。该传感器提供一个信号33，其形状是由该扭转振动的振荡幅度和任意的干扰变量组成的。在该测量设备中，其包括滤波器61、移相器62、反相器63和放大器64，该信号33被滤波、移相、反相和放大。因此确定的该反馈变量是一个具有该扭转振动的谐振频率的频率的振动信号，其幅度对应于该谐振的扭转振动的强度。该反馈变量被增加给在加法器65中的可设置的直流分量66，以形成一个用于该功率单元40的控制系统50的目标值32。该直流分量66被取决于该阻尼装置的操作条件来设置，或者手动地预置。在出现扭转振动时，该直流分量66也可以取决于测量的该扭转振动的幅度设置。
该控制系统50控制该功率单元40，使得所述功率单元经由供电网31输出有效功率给该发电机13。该有效功率是通过直流分量和交流分量确定的。详细地，点火角控制系统51连接到在该功率单元40中的电流转换器42，其经由一个放大器53驱动。该电流转换器42包括一个与半导体开关元件连接的6脉冲桥路。该点火角控制51使用常规的点火角处理控制该6脉冲桥接42，该常规的点火角处理具有同时的切换二个阀门为带电的，和形成三个具有120°相应偏移量的分组。
在直流电路中安排在该电流转换器42的直流侧上的是一个安培计44和大约1mH的线圈，该直流电路是由电流转换器42电流控制的。该安培计44起用于加法器52的测量设备的作用，其从该目标值32中减去实际流入该直流电路的电流。该线圈41代表一个中间能量存储器。
此外，变压器43被连接到该电流转换器42，经由变压器该电流转换器42的6脉冲桥路连接被以通电地隔离的方式连接到该供电网31。在示出的例子中，该变压器43是一个三相变压器，借助于其该6脉冲桥路连接可以以适当的电压电平工作。
为了起始在该直流电路中建立该电流，对应于该目标值32的直流分量的有效功率被经由供电网31、变压器43和电流转换器42从该发电机13中提取。由于该线圈低的电感，在该谐振频率上出现扭转振动时，可以在几毫秒内在该直流电路中出现该电流的建立。这证明按照本发明的该阻尼很好地动态特性。如果在该谐振频率上在该传动链中出现扭转振动，该目标值32包含其振动与该振动的角速度反相的分量。对应于该目标值32的振动分量的有效的功率另外从该发电机13提取，或者馈送给该发电机13，其是在该谐振频率上，但是与该扭转振动的角速度反相，由此在该传动链中的该振动被阻尼。
图2示出几个表示在阻尼装置的操作期间随着时间的过去记录的不同的变量的示意图。在图2中上面的示意图示出一个干扰变量Pdist，其在该传动链中激发谐振扭转振动。在该例子中示出的该干扰变量是在该电力网中的负荷振动，该电机被作为发电机连接到该电力网。该干扰变量在大体上对应于该传动链的第一个谐振频率的频率上振动。在图2的下面的示意图中示出随着时间的过去在该传动链中的该扭矩mSG。从其中清晰可见的，作为该激励的结果形成增长的扭转振动。该扭转振动是由该阻尼装置记录的，因此所述阻尼装置在该机器中产生有效功率Pdamp。在中间的示意图中示出随着时间的过去该有效功率Pdamp的形状。该有效功率Pdamp被相对于该扭转振动mSG(参见箭头A)相移90°，并且是与该扭转振动的角速度反相。由于该阻尼随着该扭转振动的幅度增加而增加，尽管继续激励(参见箭头B)，该扭转振动被限制。
图3示出一个本发明供选择的实施例，其适合于在传动链中阻尼二个不同频率的扭转振动。该设备的结构在许多部件方面相应于在图1中示出的该设备的结构。以相同的参考数字标识的该部件在其功能方面相应于在图1中示出的那些部件。该能量供给单元10对应于在图1中示出的该能量供给单元10，在这里示出的示范的实施例中具有第二扭转振动将被阻尼的差别，该第二扭转振动的谐振频率大约是35Hz。在属于其的内在的形式中，该发电机13的轴和该飞轮质量12的轴相对于该电动机11的轴旋转。此外，还有第一谐振频率具有第一内在的形式，该第一内在的形式相对于图1描述。
两个谐振频率的扭转振动是通过由该用户20的负荷的变化激发的，其被借助于来自发电机13的电能经由该供电网31提供。如同在图1中示出的实施例的情况一样，按照本发明的该阻尼装置具有电源模块40、控制系统50和传感器14，其被连接到该供电网31。为了确定第二扭转振动的出现和幅度，该阻尼装置还具有从在图1中的那些导出的第二14′和目标值调节器60′。
应归于该扭转振动的该机械负荷是由两个传感器14和14′检测的，其利用该磁致伸缩效应。该传感器14和14′提供信号33和33′，其波形由该扭转振动的振荡幅度并且也许还有干扰变量组成。如图1所示，来自该传感器14的信号33被在滤波器61中滤波、在移相器62中相移、在反相器63中反相和在放大器64中放大。因此，确定的该反馈变量是一个具有该扭转振动的谐振频率的频率的振动信号，其幅度对应于第一谐振的扭转振动的强度。来自第二传感器14′的信号33′被在第二滤波器61′中滤波、在第二相移器62′中相移、在第二反相器63′中反相和在第二放大器64′中放大。因此，获得的第二反馈变量是一个具有第二扭转振动的谐振频率的频率的振动信号，其幅度对应于第二谐振的扭转振动的强度。该滤波器61、61′，该相移器62、62′，该反相器63、63′和该放大器64、64′被每个调谐到各自的谐振频率。
从二个信号33、33′中确定的该反馈变量被附加在反馈变量加法器67中。该附加的结果是一个包含用于阻尼两个扭转振动的频率分量的叠加的振动信号。为了形成一个目标值32′，表示该反馈变量的该振动信号的总和被在加法器65中增加给一个可调节的直流分量66。该目标值32′用来通过该控制单元50控制该功率单元40。该直流分量66被取决于该阻尼装置的操作条件来调整，或者手动地预置。如果不存在扭转振动，通过将该直流分量66设置为零，该功率单元40的直流电路可以被做成无电流。该阻尼的强度可以经由该直流分量66的大小或者经由该放大器64、64′的放大电平来调整。利用二个放大器64、64′的放大比，也可以调整二个扭转振动的阻尼的比。
在图3中示出的该例子的更多的结构和功能方法对应于在图1中示出的例子。如果具有二个以上的传动链的不同的谐振频率的二个以上的扭转振动将被阻尼，那么这可以通过与更多的传感器一起扩展该目标值调节器60′以简单的方式来实现。为此目的，该目标值调节器60′通过一个另外的包括滤波器、移相器、反相器和放大器的信道扩展，其信号被在该反馈变量加法器67中附加给另一个反馈变量。
图4示出借助于本发明可以如何阻尼在竖轴70中的振动。该竖轴70驱动不同的用户71，并且本身是由变速传动装置驱动的。该变速传动装置包括同步电动机72，其提供有来自能量供给单元75的三相电流，所述电流取决于该同步电机72想要的转速具有可改变的频率。
如在图3中示出的示范的实施例一样，该竖轴70的扭转负荷是借助于二个传感器14、14′在不同的部位上确定的。借助于修改的目标值调节器60′、控制系统50和电源模块40，按照在图3示出和在与图3有关的正文中描述的原理进行该振动信号的估计和经由该同步电机72的阻尼。该电源模块40被连接到该三相电力网，该三相电力网给该同步电机72供电。
与在图3中的该振动激励不同，在该竖轴70的情况下，该振动激励不是由来自电子用户的负荷变化所引起的，而是由来自机械用户71的负荷变化所引起的。但是，这不改变本发明的基本操作方法。
图5通过举例的方式在略图中示出可以如何在用于船的驱动电路80的轴81中阻尼谐振振动。在示出的例子中，具有大约最大输出功率30MW的柴油机船引擎82经由该轴81给推进器83提供动力。在这里纯粹地用示意图示出的该轴81仅仅安装以二个轴承84。为了给该船提供以电能，该驱动电路80具有一个带有大约2MW的最大输出功率的发电机85，该驱动电路80是由该推进器轴81驱动的。
通过在该推进器83上的负荷变化，例如，由大浪所引起的，可以在该推进器轴81中引起谐振的扭转振动。谐振的扭转振动还可以由来自连接到该发电机85的电子用户的负荷变化所引起。在该轴81中的二个最低的内在的谐振扭转振动形式具有以下的二个内在的振动形式。在第一谐振频率的情况下，该轴81在驱动引擎82和发电机85之间扭曲，也就是说，该驱动引擎82的旋转组件的转动惯量阻碍该发电机85和该推进器83的运动部件的惯性动量。第二内在的振荡形式包括该推进器83相对于发电机85和驱动引擎82的扭曲。可以借助于该传感器14检测具有第二固有形式的谐振的扭转振动的出现，同时可以借助于该传感器14′检测具有第一固有形式的谐振的扭转振动的出现。如与图3一起描述的，通过使用改动的目标值调节器60′、控制系统50和电源模块40进行该振动的阻尼，该电源模块40连接到链接到该发电机的该多极。
利用本发明，还可以阻尼在直升飞机的传动链中的谐振的扭转振动。这是以如上所述的船驱动类似的方式来实现，其中用于电力产生的发电机被用于给该传动链施加一个阻尼力矩，该发电机是该传动链的一部分。
图6示出一个该电源模块40作为IGBT电源模块40′可供选择的实施例。由于IGBT晶体管是借助于电压控制工作的，适当地采用IGBT控制系统50′是为控制该IGBT电源模块40′所必需的。示出的可供选择的部分可以用于代替在图1和3至5中示出的该电源模块40和控制系统50，尤其地，假使谐振的扭力的频率将被阻尼，该频率显著地位于在该电源模块40的电流转换器42的交流电侧的电网频率之上，例如，该电网频率的二倍以上。
代替该线圈41，该IGBT电源模块40′具有一个作为该能量存储器的电容器41′。该电容器41′具有20mF的电容，并且被链接到一个IGBT电流转换器42′。该IGBT电流转换器42′具有十二个IGBT晶体管，其可以被控制使得该电容器41′可以经由变压器43从多极31提取能量或者提供能量给多极31。该多极31和该变压器43对应于在图1中的相同的参考数字指定的部分。安排在并联连接到该电容器41′的该IGBT电流转换器42′的直流侧上的是一个电压测量设备44′，其用来给该IGBT控制系统50′提供一个用于确定该电容器41′的充电条件的测定值。
类似在图1中示出的该控制系统50，该IGBT控制系统50′具有一个加法器52一个放大器53，其具有与在图1中示出的具有相同的参考数字的部分相同的功能。代替该点火角控制51，使用一个IGBT控制模块51′，其以电压控制的方式控制该IGBT电流转换器42′的十二个IGBT晶体管，使得能量被在一个频率上经由该变压器43提供给该多极31和从该多极31提取，该频率适合于阻尼在该传动链中出现的谐振的扭转振动。通过切换不同的IGBT晶体管为带电的模式，从该多极31提取的能量被给该电容器41′，然后，在对应于该阻尼频率的时间间隔之后，再次提取，以便再次反馈给该多极31。由该IGBT控制模块51′以已知的方式进行该IGBT电流转换器42′的控制。由于该IGBT电流转换器42′的IGBT晶体管可以在任何想要的时间上由该IGBT控制模块51′切换以实施或者阻断电流，有可能在显著地高于该多极31的电网频率的频率上提取或者馈送能量往或者来于该多极31。
本发明不局限于如上所述优选的示范的实施例。更合适地，多个变形和推导是可允许的，其也利用了按照本发明的想法，因此落在该保护范围之内。
在第一内在的扭转振动形式方面，在这个例子中该传动链的谐振频率大约是25Hz。借助于这种内在的形式，该发电机13的轴相对于该飞轮质量12的轴旋转。因此，在该飞轮质量12和发电机13之间的区域中，在该传动链中存在最大的扭转负荷。在该传动链中可以存在更高谐振频率的其它内在的扭转振动形式，虽然这些不会被利用在图1中示出的该阻尼装置阻尼。
该扭转振动是通过由该用户20进行的负荷变化激发的，其被借助于来自发电机13的电能在该供电网31上提供。此外，连接到该供电网31的是按照本发明的该阻尼装置，其具有电源模块40、控制系统50、目标值调节器60和传感器14。
由于该扭转振动，在该例子中，该机械负荷是该传感器14检测的，其使用基于由该扭转所引起的机械载荷的磁致伸缩效应。该传感器提供一个信号33，其形状是由该扭转振动的振荡幅度和任意的干扰变量组成的。在该测量设备中，其包括滤波器61、移相器62、反相器63和放大器64，该信号33被滤波、移相、反相和放大。因此确定的该反馈变量是一个具有该扭转振动的谐振频率的频率的振动信号，其幅度对应于该谐振的扭转振动的强度。该反馈变量被增加给在加法器65中的可设置的直流分量66，以形成一个用于该功率单元40的控制系统50的目标值32。该直流分量66被取决于该阻尼装置的操作条件来设置，或者手动地预置。在出现扭转振动时，该直流分量66也可以取决于测量的该扭转振动的幅度设置。
该控制系统50控制该功率单元40，使得所述功率单元经由供电网31输出有效功率给该发电机13。该有效功率是通过直流分量和交流分量确定的。详细地，点火角控制系统51连接到在该功率单元40中的电流转换器42，其经由一个放大器53驱动。该电流转换器42包括一个与半导体开关元件连接的6脉冲桥路。该点火角控制51使用常规的点火角处理控制该6脉冲桥接42，该常规的点火角处理具有同时的切换二个阀门为带电的，和形成三个具有120°相应偏移量的分组。
在直流电路中安排在该电流转换器42的直流侧上的是一个安培计44和大约1mH的线圈，该直流电路是由电流转换器42电流控制的。该安培计44起用于加法器52的测量设备的作用，其从该目标值32中减去实际流入该直流电路的电流。该线圈41代表一个中间能量存储器。
此外，变压器43被连接到该电流转换器42，经由变压器该电流转换器42的6脉冲桥路连接被以通电地隔离的方式连接到该供电网31。在示出的例子中，该变压器43是一个三相变压器，借助于其该6脉冲桥路连接可以以适当的电压电平工作。
为了起始在该直流电路中建立该电流，对应于该目标值32的直流分量的有效功率被经由供电网31、变压器43和电流转换器42从该发电机13中提取。由于该线圈低的电感，在该谐振频率上出现扭转振动时，可以在几毫秒内在该直流电路中出现该电流的建立。这证明按照本发明的该阻尼很好地动态特性。如果在该谐振频率上在该传动链中出现扭转振动，该目标值32包含其振动与该振动的角速度反相的分量。对应于该目标值32的振动分量的有效的功率另外从该发电机13提取，或者馈送给该发电机13，其是在该谐振频率上，但是与该扭转振动的角速度反相，由此在该传动链中的该振动被阻尼。
图2示出几个表示在阻尼装置的操作期间随着时间的过去记录的不同的变量的示意图。在图2中上面的示意图示出一个干扰变量Pdist，其在该传动链中激发谐振扭转振动。在该例子中示出的该干扰变量是在该电力网中的负荷振动，该电机被作为发电机连接到该电力网。该干扰变量在大体上对应于该传动链的第一个谐振频率的频率上振动。在图2的下面的示意图中示出随着时间的过去在该传动链中的该扭矩mSG。从其中清晰可见的，作为该激励的结果形成增长的扭转振动。该扭转振动是由该阻尼装置记录的，因此所述阻尼装置在该机器中产生有效功率Pdamp。在中间的示意图中示出随着时间的过去该有效功率Pdamp的形状。该有效功率Pdamp被相对于该扭转振动mSG(参见箭头A)相移90°，并且是与该扭转振动的角速度反相。由于该阻尼随着该扭转振动的幅度增加而增加，尽管继续激励(参见箭头B)，该扭转振动被限制。
图3示出一个本发明供选择的实施例，其适合于在传动链中阻尼二个不同频率的扭转振动。该设备的结构在许多部件方面相应于在图1中示出的该设备的结构。以相同的参考数字标识的该部件在其功能方面相应于在图1中示出的那些部件。该能量供给单元10对应于在图1中示出的该能量供给单元10，在这里示出的示范的实施例中具有第二扭转振动将被阻尼的差别，该第二扭转振动的谐振频率大约是35Hz。在属于其的内在的形式中，该发电机13的轴和该飞轮质量12的轴相对于该电动机11的轴旋转。此外，还有第一谐振频率具有第一内在的形式，该第一内在的形式相对于图1描述。
两个谐振频率的扭转振动是通过由该用户20的负荷的变化激发的，其被借助于来自发电机13的电能经由该供电网31提供。如同在图1中示出的实施例的情况一样，按照本发明的该阻尼装置具有电源模块40、控制系统50和传感器14，其被连接到该供电网31。为了确定第二扭转振动的出现和幅度，该阻尼装置还具有从在图1中的那些导出的第二14′和目标值调节器60′。
应归于该扭转振动的该机械负荷是由两个传感器14和14′检测的，其利用该磁致伸缩效应。该传感器14和14′提供信号33和33′，其波形由该扭转振动的振荡幅度并且也许还有干扰变量组成。如图1所示，来自该传感器14的信号33被在滤波器61中滤波、在移相器62中相移、在反相器63中反相和在放大器64中放大。因此，确定的该反馈变量是一个具有该扭转振动的谐振频率的频率的振动信号，其幅度对应于第一谐振的扭转振动的强度。来自第二传感器14′的信号33′被在第二滤波器61′中滤波、在第二相移器62′中相移、在第二反相器63′中反相和在第二放大器64′中放大。因此，获得的第二反馈变量是一个具有第二扭转振动的谐振频率的频率的振动信号，其幅度对应于第二谐振的扭转振动的强度。该滤波器61、61′，该相移器62、62′，该反相器63、63′和该放大器64、64′被每个调谐到各自的谐振频率。
从二个信号33、33′中确定的该反馈变量被附加在反馈变量加法器67中。该附加的结果是一个包含用于阻尼两个扭转振动的频率分量的叠加的振动信号。为了形成一个目标值32′，表示该反馈变量的该振动信号的总和被在加法器65中增加给一个可调节的直流分量66。该目标值32′用来通过该控制单元50控制该功率单元40。该直流分量66被取决于该阻尼装置的操作条件来调整，或者手动地预置。如果不存在扭转振动，通过将该直流分量66设置为零，该功率单元40的直流电路可以被做成无电流。该阻尼的强度可以经由该直流分量66的大小或者经由该放大器64、64′的放大电平来调整。利用二个放大器64、64′的放大比，也可以调整二个扭转振动的阻尼的比。
在图3中示出的该例子的更多的结构和功能方法对应于在图1中示出的例子。如果具有二个以上的传动链的不同的谐振频率的二个以上的扭转振动将被阻尼，那么这可以通过与更多的传感器一起扩展该目标值调节器60′以简单的方式来实现。为此目的，该目标值调节器60′通过一个另外的包括滤波器、移相器、反相器和放大器的信道扩展，其信号被在该反馈变量加法器67中附加给另一个反馈变量。
图4示出借助于本发明可以如何阻尼在竖轴70中的振动。该竖轴70驱动不同的用户71，并且本身是由变速传动装置驱动的。该变速传动装置包括同步电动机72，其提供有来自能量供给单元75的三相电流，所述电流取决于该同步电机72想要的转速具有可改变的频率。
如在图3中示出的示范的实施例一样，该竖轴70的扭转负荷是借助于二个传感器14、14′在不同的部位上确定的。借助于修改的目标值调节器60′、控制系统50和电源模块40，按照在图3示出和在与图3有关的正文中描述的原理进行该振动信号的估计和经由该同步电机72的阻尼。该电源模块40被连接到该三相电力网，该三相电力网给该同步电机72供电。
与在图3中的该振动激励不同，在该竖轴70的情况下，该振动激励不是由来自电子用户的负荷变化所引起的，而是由来自机械用户71的负荷变化所引起的。但是，这不改变本发明的基本操作方法。
图5通过举例的方式在略图中示出可以如何在用于船的驱动电路80的轴81中阻尼谐振振动。在示出的例子中，具有大约最大输出功率30MW的柴油机船引擎82经由该轴81给推进器83提供动力。在这里纯粹地用示意图示出的该轴81仅仅安装以二个轴承84。为了给该船提供以电能，该驱动电路80具有一个带有大约2MW的最大输出功率的发电机85，该驱动电路80是由该推进器轴81驱动的。
通过在该推进器83上的负荷变化，例如，由大浪所引起的，可以在该推进器轴81中引起谐振的扭转振动。谐振的扭转振动还可以由来自连接到该发电机85的电子用户的负荷变化所引起。在该轴81中的二个最低的内在的谐振扭转振动形式具有以下的二个内在的振动形式。在第一谐振频率的情况下，该轴81在驱动引擎82和发电机85之间扭曲，也就是说，该驱动引擎82的旋转组件的转动惯量阻碍该发电机85和该推进器83的运动部件的惯性动量。第二内在的振荡形式包括该推进器83相对于发电机85和驱动引擎82的扭曲。可以借助于该传感器14检测具有第二固有形式的谐振的扭转振动的出现，同时可以借助于该传感器14′检测具有第一固有形式的谐振的扭转振动的出现。如与图3一起描述的，通过使用改动的目标值调节器60′、控制系统50和电源模块40进行该振动的阻尼，该电源模块40连接到链接到该发电机的该多极。
利用本发明，还可以阻尼在直升飞机的传动链中的谐振的扭转振动。这是以如上所述的船驱动类似的方式来实现，其中用于电力产生的发电机被用于给该传动链施加一个阻尼力矩，该发电机是该传动链的一部分。
图6示出一个该电源模块40作为IGBT电源模块40′可供选择的实施例。由于IGBT晶体管是借助于电压控制工作的，适当地采用IGBT控制系统50′是为控制该IGBT电源模块40′所必需的。示出的可供选择的部分可以用于代替在图1和3至5中示出的该电源模块40和控制系统50，尤其地，假使谐振的扭力的频率将被阻尼，该频率显著地位于在该电源模块40的电流转换器42的交流电侧的电网频率之上，例如，该电网频率的二倍以上。
代替该线圈41，该IGBT电源模块40′具有一个作为该能量存储器的电容器41′。该电容器41′具有20mF的电容，并且被链接到一个IGBT电流转换器42′。该IGBT电流转换器42′具有十二个IGBT晶体管，其可以被控制使得该电容器41′可以经由变压器43从多极31提取能量或者提供能量给多极31。该多极31和该变压器43对应于在图1中的相同的参考数字指定的部分。安排在并联连接到该电容器41′的该IGBT电流转换器42′的直流侧上的是一个电压测量设备44′，其用来给该IGBT控制系统50′提供一个用于确定该电容器41′的充电条件的测定值。
类似在图1中示出的该控制系统50，该IGBT控制系统50′具有一个加法器52一个放大器53，其具有与在图1中示出的具有相同的参考数字的部分相同的功能。代替该点火角控制51，使用一个IGBT控制模块51′，其以电压控制的方式控制该IGBT电流转换器42′的十二个IGBT晶体管，使得能量被在一个频率上经由该变压器43提供给该多极31和从该多极31提取，该频率适合于阻尼在该传动链中出现的谐振的扭转振动。通过切换不同的IGBT晶体管为带电的模式，从该多极31提取的能量被给该电容器41′，然后，在对应于该阻尼频率的时间间隔之后，再次提取，以便再次反馈给该多极31。由该IGBT控制模块51′以已知的方式进行该IGBT电流转换器42′的控制。由于该IGBT电流转换器42′的IGBT晶体管可以在任何想要的时间上由该IGBT控制模块51′切换以实施或者阻断电流，有可能在显著地高于该多极31的电网频率的频率上提取或者馈送能量往或者来于该多极31。
本发明不局限于如上所述优选的示范的实施例。更合适地，多个变形和推导是可允许的，其也利用了按照本发明的想法，因此落在该保护范围之内。