AT15940U1 - Method of operating a drive train and drive train - Google Patents

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AT15940U1 ATGM50047/2018U AT500472018U AT15940U1 AT 15940 U1 AT15940 U1 AT 15940U1 AT 500472018 U AT500472018 U AT 500472018U AT 15940 U1 AT15940 U1 AT 15940U1
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges mit einer Antriebswelle (2, 17), einer elektrischen Maschine (4, 19) und mit einem Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben (7, 8, 9), wobei ein erster An- bzw. Abtrieb (7) mit der Antriebswelle (2, 17), ein zweiter An- bzw. Abtrieb (9), gegebenenfalls mittels einer ersten Kupplung (15), mit einem Differenzialantrieb (5, 21) und ein dritter An- bzw. Abtrieb (8), gegebenenfalls mittels einer zweiten Kupplung (22), mit der elektrischen Maschine (4, 19) verbunden ist, wird die elektrische Maschine (4, 19) bei geöffneter erster und/oder zweiter Kupplung (15, 22) von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren. Dann wird die elektrische Maschine (4, 19) mit dem Netz (12) synchronisiert und verbunden und anschließend wird die elektrische Maschine (4, 19) im Phasenschiebemodus betrieben.In a method for operating a drive train with a drive shaft (2, 17), an electric machine (4, 19) and with a differential gear (3) with three drives or drives (7, 8, 9), wherein a first An - Or output (7) with the drive shaft (2, 17), a second input or output (9), optionally by means of a first clutch (15), with a differential drive (5, 21) and a third on or Output (8), optionally by means of a second clutch (22), with the electric machine (4, 19) is connected, the electric machine (4, 19) with open first and / or second clutch (15, 22) of approached a speed of zero or almost zero. Then, the electric machine (4, 19) is synchronized and connected to the network (12), and then the electric machine (4, 19) is operated in the phase shift mode.

Description

Beschreibung [0001] Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges mit einer Antriebswelle, einer elektrischen Maschine und mit einem Differenzialgetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein erster An-bzw. Abtrieb mit der Antriebswelle, ein zweiter An- bzw. Abtrieb, gegebenenfalls mittels einer ersten Kupplung, mit einem Differenzialantrieb und ein dritter An- bzw. Abtrieb, gegebenenfalls mittels einer zweiten Kupplung, mit der elektrischen Maschine und verbunden ist.Description: [0001] Method for operating a drive train with a drive shaft, an electric machine and with a differential gearbox with three drives or take-offs, wherein a first arrival or departure. Output with the drive shaft, a second input and output, optionally by means of a first clutch, with a differential drive and a third input or output, optionally by means of a second clutch, with the electric machine and is connected.

[0002] Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Triebstrang, insbesondere zum Ausführen dieses Verfahrens.The invention further relates to a drive train, in particular for carrying out this method.

[0003] Windkraftwerke gewinnen zunehmend an Bedeutung als Elektrizitätserzeugungsanlagen. Dadurch erhöht sich kontinuierlich der prozentuale Anteil der Stromerzeugung durch Wind. Dies wiederum bedingt neue Standards bezüglich Stromqualität. Dadurch gewinnt der Einsatz von Mittelspannungs-Synchrongeneratoren eine zunehmende Bedeutung. Ein Vorteil fremderregter Synchrongeneratoren ist, dass sie im sogenannten Phasenschiebebetrieb betrieben werden können. Damit können sie, wenn sie mit dem Netz verbunden sind, reine Blindleistung in das Netz einspeisen. D.h., auch wenn das Windangebot nicht ausreicht, um mittels einer Windkraftanlage Wirkleistung zu produzieren, können diese Maschinen das Netz zumindest mit Blindleistung versorgen, bzw. Blindleistung beziehen, und damit z.B. die Spannung im Netz entsprechend beeinflussen. Gleiches gilt für den Antrieb von Arbeitsmaschinen, wie z.B. Pumpen, Kompressoren, Förderbänder und dergleichen.Wind power plants are increasingly gaining importance as electricity generating plants. As a result, the percentage of electricity generated by wind is continuously increasing. This in turn requires new standards in terms of power quality. As a result, the use of medium-voltage synchronous generators is becoming increasingly important. An advantage of externally excited synchronous generators is that they can be operated in so-called phase shifting mode. So they can, when they are connected to the grid, feed pure reactive power into the grid. That is, even if the supply of wind is insufficient to produce real power by means of a wind turbine, these machines can at least supply reactive power to the grid, and thus obtain, for example, reactive power. influence the voltage in the network accordingly. The same applies to the drive of working machines, such as e.g. Pumps, compressors, conveyor belts and the like.

[0004] Die EP 1895158 B1 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage mit einem Synchrongenerator und einem Überlagerungsgetriebe, das zwischen einen Rotor und den Synchrongenerator geschaltet ist, und dessen Übersetzungsverhältnis von einer Steuereinheit eingestellt wird. Dabei ist ein Betriebsmodus vorgesehen, bei dem der Synchrongenerator an ein elektrisches Netz angeschlossen ist, und die Generatorwelle über das Überlagerungsgetriebe von der Rotorwelle entkoppelt und der Synchrongenerator als Phasenschieber für das Netz betrieben wird.EP 1895158 B1 shows a method for operating a system with a synchronous generator and a superposition gear, which is connected between a rotor and the synchronous generator, and whose transmission ratio is set by a control unit. In this case, an operating mode is provided in which the synchronous generator is connected to an electrical network, and the generator shaft is decoupled via the superposition gear of the rotor shaft and the synchronous generator is operated as a phase shifter for the network.

[0005] Nachteil dieser Lösung ist, dass eine Entkoppelung der Rotorwelle aufwändig ist, da diese Entkoppelung im Hauptlastpfad des Triebstranges zu erfolgen hat.Disadvantage of this solution is that a decoupling of the rotor shaft is expensive, since this decoupling has to be done in the main load path of the drive train.

[0006] Die WO 2014/183139 A1 zeigt, wie das System auch dazu verwendet werden kann, eine Antriebsmaschine im Phasenschiebebetrieb zu betreiben. D. h., dass die Antriebsmaschine Blindstrom in das bzw. aus dem Netz liefern bzw. beziehen kann, ohne dass die Arbeitsmaschine betrieben wird. Die WO 2014/183139 A1 zeigt jedoch nicht, wie eine Energiegewinnungsanlage vom Phasenschiebebetrieb in einen Normalbetrieb (Produktion von Wirkleistung) umgeschaltet werden kann.WO 2014/183139 A1 shows how the system can also be used to operate a prime mover in phase shifting operation. That is, the prime mover can supply reactive power to and from the grid without operating the work machine. However, WO 2014/183139 A1 does not show how an energy production plant can be switched over from phase shifting operation to normal operation (production of active power).

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine optimale Umschaltung vom Phasenschiebebetrieb in den Normalbetrieb gewährleistet.The object of the invention is therefore to provide a method available, which ensures optimal switching from the phase shift operation in normal operation.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die elektrische Maschine bei geöffneter erster Kupplung und/oder bei geöffneter zweiter Kupplung von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird, dass die elektrische Maschine mit dem Netz synchronisiert und verbunden wird, und dass die elektrische Maschine anschließend im Phasen-schiebemodus betrieben wird.This object is achieved according to the invention in that the electric machine is approached with open first clutch and / or open second clutch of a speed of zero or approximately zero, that the electric machine is synchronized and connected to the network, and that the electric machine is then operated in the phase shift mode.

[0009] Gelöst wird diese Aufgabe des Weiteren mit einem Triebstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 10.This object is further achieved with a drive train having the features of claim 10.

[0010] Dadurch ist eine sehr kompakte und effiziente Bauweise der Anlage möglich, mit der darüber hinaus auch die regelungstechnischen Aspekte für die Energieerzeugungsanlage, insbesondere Windkraftanlage, oder den Antrieb einer Arbeitsmaschine optimal gelöst werden. [0011] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. [0012] Nachfolgend werden bevorzugte und den Schutzbereich der Ansprüche nicht beschrän kende Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigt: [0013] Fig. 1 das Prinzip eines Differenzialsystems für einen Antrieb einer Pumpe, [0014] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialsystems für eine Energiegewinnungsanlage mit einem elektrischen Differenzialantrieb und [0015] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialsystems für eine Energiegewinnungsanlage mit einer hydrostatischen Pumpe/Motor-Kombination als Differenzialantrieb.As a result, a very compact and efficient design of the system is possible with the beyond also the control engineering aspects for the power generation plant, in particular wind turbine, or the drive of a working machine are optimally solved. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Hereinafter, preferred and the scope of the claims are not limited kende embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings described in detail. 1 shows the principle of a differential system for driving a pump, FIG. 2 shows an embodiment according to the invention of a differential system for an electric power plant with an electric differential drive, and FIG. 3 shows an embodiment of a differential system according to the invention an energy recovery plant with a hydrostatic pump / motor combination as a differential drive.

[0016] Fig. 1 zeigt das Prinzip eines Differenzialsystems für einen Triebstrang am Beispiel einer Pumpe gemäß WO 2014/183139 A1. Dabei ist die Arbeitsmaschine 1 der Rotor einer Pumpe, welcher über eine Antriebswelle 2 und ein Differenzialgetriebe 3 von einer Antriebsmaschine 4 angetrieben wird. Der gezeigte Triebstrang weist hier die Arbeitsmaschine 1, die Antriebswelle 2, das Differenzialgetriebe 3, die Antriebsmaschine 4 und einen Differenzialantrieb 5 auf, welcher mittels eines Frequenzumrichters 6 (bestehend aus motorseitigem und netzseitigen Wechselrichter - hier vereinfacht als Einheit dargestellt) und eines Transformators 11 an das Netz 12 angeschlossen ist. Die Antriebswelle 2 ist mit einem Planetenträger 7 (mit drehbar gelagerten Planetenrädern) verbunden, die Antriebsmaschine 4 mit einem Hohlrad 8 und der Differenzialantrieb 5 mit einem Sonnenrad 9 des Differenzialgetriebes 3. Der Kern des Differenzialsystems ist in dieser Ausführungsform somit eine einfache Planetengetriebestufe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein erster Abtrieb mit der Antriebswelle 2 der Arbeitsmaschine 1, ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb 5 und ein dritter Antrieb mit der Antriebsmaschine 4 verbunden ist. Der drehzahlvariable Differenzialantrieb 5 realisiert einen Ausgleich zwischen einer gewünschten, variablen Drehzahl der Arbeitsmaschine 1 (Arbeitsdrehzahlbereich) und einer fixen Drehzahl der netzgebundenen Antriebsmaschine 4 (Betriebsdrehzahlbereich). Dabei arbeitet der Differenzialantrieb 5 in seinem Regeldrehzahlbereich. Dieser wird im Wesentlichen von den bauarttypischen Nennwerten (Grenzen) des Differenzialantriebes 5, wie z.B. Strom, Spannung und Drehzahl, bestimmt.Fig. 1 shows the principle of a differential system for a drive train using the example of a pump according to WO 2014/183139 A1. In this case, the working machine 1 is the rotor of a pump, which is driven by a drive machine 4 via a drive shaft 2 and a differential gear 3. The drivetrain shown here has the working machine 1, the drive shaft 2, the differential gear 3, the prime mover 4 and a differential drive 5, which by means of a frequency converter 6 (consisting of motor-side and network-side inverter - simplified as a unit shown here) and a transformer 11 at the network 12 is connected. The drive shaft 2 is connected to a planet carrier 7 (with planet gears rotatably mounted), the drive machine 4 with a ring gear 8 and the differential drive 5 with a sun gear 9 of the differential gear 3. The core of the differential system in this embodiment is thus a simple planetary gear stage with three on - or drives, with a first output to the drive shaft 2 of the machine 1, a second drive to the differential drive 5 and a third drive to the drive unit 4 is connected. The variable-speed differential drive 5 realizes a balance between a desired, variable speed of the work machine 1 (working speed range) and a fixed speed of the network-connected drive machine 4 (operating speed range). In this case, the differential drive 5 operates in its control speed range. This is essentially determined by the design typical nominal values (limits) of the differential drive 5, such as, for example, Current, voltage and speed, determined.

[0017] Der Differenzialantrieb 5 wird mittels eines Anpassungsgetriebes 10 an das Differenzialgetriebe 3 angebunden. Zwischen dem Anpassungsgetriebe 10 und dem Differenzialgetriebe 3 befindet sich eine Kupplung 15.The differential drive 5 is connected by means of a matching gear 10 to the differential gear 3. Between the adjustment gear 10 and the differential gear 3 is a clutch 15th

[0018] Grundsätzlich muss für die Erfindung aber kein Anpassungsgetriebe 10 vorhanden sein.Basically, but no adjustment gear 10 must be present for the invention.

[0019] Beim Anfahren des Systems werden in einem ersten Schritt der Differenzialantrieb 5 und das Anpassungsgetriebe 10 durch die Kupplung 15 vom Rest des Triebstranges entkoppelt.When starting the system, the differential drive 5 and the adjustment gear 10 are decoupled by the clutch 15 from the rest of the drive train in a first step.

[0020] Wird nun die Antriebsmaschine 4 hochgefahren und mit dem Netz verbunden, so dreht das Sonnenrad 9 frei mit, und es kann sich im gesamten Triebstrang kein nennenswertes Drehmoment aufbauen. Somit verbleibt die Arbeitsmaschine 1 in einem Bereich kleiner Drehzahl und die Antriebsmaschine 4 kann ohne nennenswertes äußeres mechanisches Gegenmoment mit dem Netz 12 synchronisiert werden.If now the prime mover 4 booted up and connected to the network, so the sun gear 9 rotates freely, and it can build up no significant torque throughout the driveline. Thus, the work machine 1 remains in a range of low speed and the prime mover 4 can be synchronized with the network 12 without significant external mechanical counter-torque.

[0021] Um den Effekt eines hohen Anfahrstromes beim Beschleunigen und Synchronisieren der Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12 zu vermeiden, kann für die Antriebsmaschine 4 ein Sanftanlauf, z.B. in Form einer Phasenanschnittsteuerung mit Thyristoren oder einer Stern/Dreieck-Schaltung, etc., implementiert werden. Dies gilt vor allem für Asynchronmaschinen.To avoid the effect of a high starting current in accelerating and synchronizing the engine 4 with the net 12, a soft start, e.g. in the form of a phase control with thyristors or a star / delta circuit, etc., can be implemented. This is especially true for asynchronous machines.

[0022] Alternativ kann die Antriebsmaschine 4 durch eine Hilfseinrichtung, z.B. einen kleinen drehzahlvariablen (koppelbaren) Hilfsantrieb 20 (z.B. analog zur WO 2014/169302 A), auf eine Drehzahl gebracht werden, bei der die Synchronisationsbedingungen erfüllt sind. Die Synchronisationsbedingungen definieren die für eine Synchronisation max. erlaubten Abweichungen von Phase bzw. Drehzahl und sind frei wählbar. Ziel ist es, einen möglichst sanften Anschluss der Antriebsmaschine 4 an das Netz 12 zu erreichen. Abschließend wird die Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12 synchronisiert. Der Motor des drehzahlvariablen Hilfsantriebes 20 kann auch vom Frequenzumrichter 6 angetrieben werden, in dem der Frequenzumrichter 6 zu diesemAlternatively, the prime mover 4 may be replaced by an auxiliary device, e.g. a small variable speed (couplable) auxiliary drive 20 (e.g., analogous to WO 2014/169302 A), be brought to a speed at which the synchronization conditions are met. The synchronization conditions define the max. allowed deviations from phase or speed and are freely selectable. The aim is to achieve the smoothest possible connection of the drive machine 4 to the network 12. Finally, the prime mover 4 is synchronized with the network 12. The motor of the variable-speed auxiliary drive 20 can also be driven by the frequency converter 6, in which the frequency converter 6 to this

Zweck vom Differenzialantrieb 5 getrennt und mit dem Hilfsantrieb 20 verbunden wird.Purpose separated from the differential drive 5 and connected to the auxiliary drive 20.

[0023] Eine alternative Methode zur stoßfreien Netzsynchronisation der Antriebsmaschine 4 ist, einerseits den Frequenzumrichter 6 vom Differenzialantrieb 5 und andererseits die Antriebsmaschine 4 vom Netz 12 zu trennen. In weiterer Folge kann man die elektrische Maschine 4 mit dem Frequenzumrichter 6 verbinden, dann mittels des Frequenzumrichters 6 mit dem Netz 12 synchronisieren, daraufhin die Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12 verbinden, und abschließend den Frequenzumrichter 6 (wieder) mit dem Differenzialantrieb 5 verbinden (z.B. gemäß WO 2014/183139 A). Damit kann die Antriebsmaschine 4 stoßfrei ans Netz 12 geschaltet werden.An alternative method for bumpless network synchronization of the prime mover 4 is on the one hand to separate the frequency converter 6 from the differential drive 5 and on the other hand, the prime mover 4 from the network 12. Subsequently, you can connect the electric machine 4 to the frequency converter 6, then synchronize by means of the frequency converter 6 to the network 12, then connect the prime mover 4 to the network 12, and finally connect the frequency converter 6 (again) with the differential drive 5 ( eg according to WO 2014/183139 A). Thus, the prime mover 4 can be switched to the network bumplessly.

[0024] Ist die Antriebsmaschine 4 in einer weiteren Alternative mit einer Hilfswicklung ausgeführt, so kann der Frequenzumrichter 6 auch mit dieser verbunden werden. Diese Hilfswicklung wird vorzugsweise so ausgelegt, dass der Frequenzumrichter 6 für die beschriebene Netzsynchronisation der Antriebsmaschine 4 optimal eingesetzt werden kann.If the drive machine 4 designed in a further alternative with an auxiliary winding, the frequency converter 6 can also be connected to this. This auxiliary winding is preferably designed so that the frequency converter 6 can be used optimally for the described network synchronization of the drive machine 4.

[0025] Ist die Synchronmaschine mit einer Dämpferwicklung ausgestattet, so kann diese wie eine Asynchronmaschine ans Netz geschaltet bzw. hochgefahren werden. Methoden zur Reduktion des Anfahrstromes beim Hochfahren von Drehstrommaschinen wurden bereits oben beschrieben.If the synchronous machine is equipped with a damper winding, it can be connected to the grid or raised like an asynchronous machine. Methods for reducing the starting current when starting three-phase machines have already been described above.

[0026] Eine Dämpferwicklung (Dämpferkäfig) wirkt sich auf das Betriebsverhalten von Synchronmaschinen aus. Bei Vollpolmaschinen sitzt die Dämpferwicklung vorzugsweise in den Nuten der Erregerwicklung oder zwischen diesen Nuten in gesonderten Dämpfernuten. Bei Schenkelpolmaschinen sitzt die Dämpferwicklung vorzugsweise in gesonderten Dämpfernuten der Polschuhe. Die wichtigste Aufgabe der Dämpferwicklung von Synchronmaschinen besteht darin, mechanische Pendelmomente zu dämpfen. Pendelmomente treten z.B. durch Asynchronbetrieb und Laststöße auf. Im unsymmetrischen Betrieb (Schieflast) und im Extremfall bei Einphasenbetrieb tritt ein inverses Drehfeld auf, das ebenfalls gedämpft wird.A damper winding (damper cage) has an effect on the performance of synchronous machines. In Vollpolmaschinen the damper winding is preferably located in the grooves of the field winding or between these grooves in separate damper grooves. In salient pole machines, the damper winding preferably sits in separate damper grooves of the pole shoes. The most important task of the damper winding of synchronous machines is to dampen mechanical pendulum moments. Pendulum moments occur e.g. due to asynchronous operation and load surges. In asymmetrical operation (unbalanced load) and in extreme cases in single-phase operation, an inverse rotating field occurs, which is also damped.

[0027] Sobald die Antriebsmaschine 4 über eine gewisse Drehzahl hinaus beschleunigt hat und die Arbeitsmaschine 1 sich währenddessen nur langsam dreht (in dieser Betriebsphase mit einer Drehzahl kleiner als eine typische Arbeitsdrehzahl des Arbeitsmaschine 1), stellt sich am Sonnenrad 9 eine entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Differenzialgetriebes 3 hohe Drehzahl ein, welche (unter Berücksichtigung des Anpassungsgetriebes 10) über dem erlaubten Regeldrehzahlbereich des Differenzialantriebs 5 liegt. In dieser Phase ist der Differenzialantrieb 5 vorzugsweise nicht mit dem Netz 12 verbunden. In einem weiteren Schritt wird dann der mit dem Sonnenrad 9 verbundene zweite Antrieb des Differenzialgetriebes 3 mit der Bremse 14 auf eine Drehzahl verzögert, welche im Regeldrehzahlbereich des Differenzialantriebs 5 liegt. Vorzugsweise wird in weiterer Folge der differenzialantriebsseitige Teil der Kupplung 15 mittels des Differenzialantriebs 5 mit der Drehzahl des zweiten Antriebs des Differenzialgetriebes 3 synchronisiert und anschließend die Kupplung 15 geschlossen.Once the prime mover 4 has accelerated beyond a certain speed and the work machine 1 during which only slowly rotates (in this phase of operation at a speed less than a typical working speed of the working machine 1), turns on the sun gear 9, a corresponding to the transmission ratio of Differential gear 3 high speed, which (taking into account the adjustment gear 10) is above the permitted control speed range of the differential drive 5. In this phase, the differential drive 5 is preferably not connected to the network 12. In a further step, the second drive of the differential gear 3 connected to the sun gear 9 is then decelerated with the brake 14 to a rotational speed which is within the control rotational speed range of the differential drive 5. Preferably, the differential drive side part of the clutch 15 is subsequently synchronized by means of the differential drive 5 with the speed of the second drive of the differential gear 3 and then the clutch 15 is closed.

[0028] Durch die Verzögerung der Drehzahl des zweiten Antriebes des Differenzialgetriebes 3 wird zwangsläufig die Antriebswelle 2 beschleunigt.By delaying the speed of the second drive of the differential gear 3, the drive shaft 2 is inevitably accelerated.

[0029] Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Systems für eine Energiegewinnungsanlage, insbesondere Windkraftanlage, mit einem elektrischen Differenzialantrieb. Dabei wird das System von einem Rotor 16 der Energiegewinnungsanlage angetrieben. Der Energiefluss dreht sich damit im Vergleich zur Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 um, womit anstelle der Antriebsmaschine 4 aus Fig. 1 ein Generator 19 als elektrische Maschine zum Einsatz kommt, der mit dem Hohlrad 8 (= Abtrieb des Differenzialgetriebes 3) verbunden ist. In einer Ausführungsvariante kann die Antriebsmaschine 4 bzw. der Generator 19 mittels einer zweiten Kupplung 22 vom Differenzialgetriebe 3 trennbar sein. Der Generator 19 ist vorzugsweise eine fremderregte Mittelspannungs-Synchronmaschine, welche an ein Netz 12, welches im gezeigten Beispiel ein Mittelspannungsnetz ist, angeschlossen wird.Fig. 2 shows an embodiment of the system according to the invention for an energy production plant, in particular wind turbine, with an electric differential drive. The system is driven by a rotor 16 of the power plant. 1, whereby instead of the prime mover 4 of FIG. 1, a generator 19 is used as an electric machine, which is connected to the ring gear 8 (= output of the differential gear 3). In one embodiment, the prime mover 4 or the generator 19 may be separable from the differential gear 3 by means of a second clutch 22. The generator 19 is preferably a third-excited medium-voltage synchronous machine, which is connected to a network 12, which in the example shown is a medium-voltage network.

[0030] Das gewählte Spannungsniveau hängt jedoch vom Einsatzfall und vor allem dem Leistungsniveau des Generators 19 ab und kann ohne Einfluss auf die Grundfunktion des erfin dungsgemäßen Systems jedes gewünschte Spannungsniveau haben. Entsprechend der Polpaarzahl des Generators 19 ergibt sich ein bauartspezifischer Betriebsdrehzahlbereich. Der Betriebsdrehzahlbereich ist dabei jener Drehzahlbereich, in dem der Generator 19 ein definiertes bzw. gewünschtes bzw. erforderliches Drehmoment liefern und mit dem Netz 12 synchronisiert werden kann.However, the selected voltage level depends on the application and above all the power level of the generator 19 and can have any desired voltage level without affecting the basic function of the inventions to the invention system. According to the number of pole pairs of the generator 19 results in a design-specific operating speed range. The operating speed range is that speed range in which the generator 19 can deliver a defined or desired or required torque and can be synchronized with the network 12.

[0031] Grundsätzlich gilt für das Synchronisieren des Generators 19 mit dem Netz 12 Gleiches wie für die Antriebsmaschine 4 von Fig. 1 beschrieben.Basically, the same applies to the synchronization of the generator 19 with the network 12 as described for the prime mover 4 of FIG. 1.

[0032] Alternativ kann die Synchronisierung des Generators 19 auf das Netz 12 so erfolgen, dass sich der Rotor 16 der Energiegewinnungsanlage während des Synchronisationsvorganges innerhalb seines Arbeitsdrehzahlbereiches dreht, und die Feinregelung der Drehzahl des Generators 19 zur Netzsynchronisation über den mit dem Überlagerungsgetriebe 3 verbundenen Differenzialantrieb 5 erfolgt.Alternatively, the synchronization of the generator 19 can be done on the network 12 so that the rotor 16 of the power generation plant rotates during the synchronization process within its working speed range, and the fine control of the speed of the generator 19 for network synchronization via the connected to the superposition gear 3 differential drive 5 takes place.

[0033] Der Rotor 16 der Energiegewinnungsanlage (meist bestehend aus einer Rotornabe und mehreren verstellbaren Rotorblättern) ist über die Antriebswelle 17 und ein ein- oder mehrstufiges Hauptgetriebe 18 mit dem Planetenträger 7 (= erster Antrieb des Differenzialgetriebes 3) verbunden. Der Triebstrang mit der Antriebswelle 17, dem Hauptgetriebe 18, dem Differenzialgetriebe 3 und dem Generator 19 ist in Fig. 2 nur beispielhaft dargestellt. Verschiedene alternative Ausführungsmöglichkeiten gemäß Stand der Technik, v.a. in Bezug auf das Hauptgetriebe 18 in Kombination mit dem Differenzialgetriebe 3, sind erfindungsgemäß ebenfalls umfasst.The rotor 16 of the power generation plant (usually consisting of a rotor hub and several adjustable rotor blades) is connected via the drive shaft 17 and a single or multi-stage main gear 18 to the planet carrier 7 (= first drive of the differential gear 3). The drive train with the drive shaft 17, the main gear 18, the differential gear 3 and the generator 19 is shown in Fig. 2 only by way of example. Various alternative embodiments according to the prior art, v.a. with respect to the main gear 18 in combination with the differential gear 3, are also included according to the invention.

[0034] Wie auch in Fig. 1 wird bei variabler Drehzahl der Antriebswelle 17 eine konstante Drehzahl des Generators 19 durch Überlagerung der Drehzahl mittels des Differenzialantriebs 5 (= zweiter Antrieb des Differenzialgetriebes 3) erreicht. Der Differenzialantrieb 5 ist zur Anpassung des Regeldrehzahlbereiches über eine Anpassungsstufe 10 mit dem Sonnenrad 9 verbunden. Alternativ zur dargestellten Stirnradstufe kann das Anpassungsgetriebe 10 beispielsweise auch mehrstufig sein bzw. als Zahnriemen oder Kettentrieb ausgeführt und/oder mit einer Planetengetriebestufe kombiniert werden. Mit dem Anpassungsgetriebe 10 kann man darüber hinaus einen Achsversatz für den Differenzialantrieb 5 realisieren, der aufgrund der beispielsweise koaxialen Anordnung von schnelllaufender Abtriebswelle des Hauptgetriebes 18 und Generator 19 einen einfachen Anbau des Differenzialantriebes 5 ermöglicht.As well as in Fig. 1, a constant speed of the generator 19 is achieved by superimposing the speed by means of the differential drive 5 (= second drive of the differential gear 3) at variable speed of the drive shaft 17. The differential drive 5 is connected to the adjustment of the control speed range via an adaptation stage 10 with the sun gear 9. As an alternative to the illustrated spur gear, the adjustment gear 10 can be, for example, multi-stage or designed as a toothed belt or chain drive and / or combined with a planetary gear stage. With the adjustment gear 10 can also realize a misalignment for the differential drive 5, which allows a simple installation of the differential drive 5 due to the example coaxial arrangement of high-speed output shaft of the main gear 18 and generator 19.

[0035] Grundsätzlich muss aber für die Erfindung überhaupt kein Anpassungsgetriebe 10 vorhanden sein.Basically, but no adjustment gear 10 must be available for the invention at all.

[0036] Der Differenzialantrieb 5 ist vorzugsweise als Drehstrommaschine, insbesondere als (permanenterregte) Synchronmaschine, ausgeführt.The differential drive 5 is preferably designed as a three-phase machine, in particular as a (permanent-magnet) synchronous machine.

[0037] Die Kupplung 15 befindet sich vorzugsweise zwischen dem zweiten Antrieb der Differenzialstufe 3 und dem Anpassungsgetriebe 10.The clutch 15 is preferably located between the second drive of the differential stage 3 and the adjustment gear 10th

[0038] Alternativ kann diese aber auch an jeder anderen Stelle zwischen dem zweiten Antrieb des Differenzialgetriebes 3 (Sonnenrad 9) und dem Differenzialantrieb 5 angeordnet werden. Entsprechend der Position der Kupplung 15 ergeben sich für diese unterschiedliche Bedingungen bezüglich Drehzahl und Drehmoment, welche Einfluss auf die Auslegung einer Lagerung (bezüglich Anpassungsgetriebe 10 und zweitem Antrieb des Differenzialgetriebes 3) und der Kupplung 15 haben.Alternatively, this can also be arranged at any other point between the second drive of the differential gear 3 (sun gear 9) and the differential drive 5. In accordance with the position of the clutch 15, different conditions with respect to rotational speed and torque, which influence the design of a bearing (with respect to the adaptation gear 10 and the second drive of the differential gear 3) and the clutch 15, result.

[0039] In allen Ausführungsformen der Erfindung kann das erfindungsgemäße System dazu verwendet werden, die elektrische Maschine, im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 den Generator 19, im Phasenschiebemodus zu betreiben. D.h., dass der Generator 19 Blindstrom in das bzw. aus dem Netz 12 liefern bzw. beziehen kann, während der Rotor 16 im Wesentlichen leistungsfrei läuft („trudelt“) oder steht. Dabei wird der Generator 19 bloß mit dem Netz 12 verbunden (z.B. wie zu Fig. 1 beschrieben), ohne dass die weiteren Schritte des zu Fig. 1 beschriebenen Anfahrprozesses ausgeführt werden müssen. D.h., der Differenzialantrieb 5 bleibt mittels geöffneter erster Kupplung 15 während des Phasenschiebemodus vom Differenzialgetriebe 3 entkoppelt. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Generator 19 mittels der zweiten Kupplung 22 vom Differenzialgetriebe 3 getrennt werden.In all embodiments of the invention, the system according to the invention can be used to operate the electric machine, in the embodiment of Fig. 2, the generator 19, in the phase shift mode. That is, the generator 19 can supply reactive power to and from the grid 12 while the rotor 16 is essentially idling ("spinning") or standing. At this time, the generator 19 is merely connected to the net 12 (e.g., as described with reference to Fig. 1) without having to carry out the further steps of the start-up process described with reference to Fig. 1. That is, the differential drive 5 remains decoupled from the differential gear 3 by means of the opened first clutch 15 during the phase shift mode. Additionally or alternatively, the generator 19 can be separated by means of the second clutch 22 from the differential gear 3.

[0040] Sobald die Energiegewinnungsanlage den Betrieb aufzunehmen hat, wird die Drehzahl des Rotors 16 vorzugsweise mittels Verstellung der Rotorblätter so weit erhöht, dass der Rotor seinen Arbeitsdrehzahlbereich erreicht. Dabei stellt sich am zweiten Antrieb des Differenzialgetriebes 3 eine Drehzahl ein, bei der die erste Kupplung 15 bzw. die zweite Kupplung 22 stoßfrei geschlossen werden kann, indem der Differenzialantrieb 5 in seinem Regeldrehzahlbereich dreht und mit der Drehzahl des zweiten Antriebes des Differenzialgetriebes 3 bzw. der Abtrieb des Differenzialgetriebes 3 mit dem Generator 19 synchronisiert werden kann. Anschließend arbeitet der Triebstrang im sogenannten Differenzialmodus und die Energiegewinnungsanlage kann auch Wirkleistung ins Netz 12 liefern.Once the power plant has to take up operation, the rotational speed of the rotor 16 is preferably increased so far by means of adjustment of the rotor blades, that the rotor reaches its working speed range. It turns on the second drive of the differential gear 3, a speed at which the first clutch 15 and the second clutch 22 can be closed smoothly by the differential drive 5 rotates in its control speed range and with the speed of the second drive of the differential gear 3 and the output of the differential gear 3 can be synchronized with the generator 19. Subsequently, the drive train operates in the so-called differential mode and the power generation plant can also deliver active power into the network 12.

[0041] Arbeitet die Energiegewinnungsanlage im Differenzialmodus und in der Anlage tritt z.B. ein Fehler auf oder das Windenergieangebot verringert sich so weit, dass keine Wirkleistung mehr erzeugt werden kann, kann der Differenzialantrieb mittels der ersten Kupplung 15 vom zweiten Antrieb des Differenzialgetriebes 3 bzw. der Generator 19 mittels der zweiten Kupplung 22 vom Differenzialgetriebe 3 entkoppelt werden, während der Rotor 16 vorzugsweise in den Trudelbetrieb übergeht, d.h. keine nennenswerte Leistung mehr produziert. Der Generator 19 bleibt dabei vorzugsweise mit dem Netz 12 verbunden und arbeitet im Bedarfsfall im Phasenschiebemodus.If the power plant operates in differential mode and in the plant, e.g. a fault or the wind energy supply is reduced so that no real power can be generated, the differential drive can be decoupled by means of the first clutch 15 from the second drive of the differential gear 3 and the generator 19 by means of the second clutch 22 from the differential gear 3, while the rotor 16 preferably merges into the spinning mode, ie No significant power produced anymore. The generator 19 preferably remains connected to the network 12 and operates if necessary in the phase shift mode.

[0042] Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialsystems für eine Energiegewinnungsanlage mit einer hydrostatischen Pumpe/Motor-Kombination als Differenzialantrieb gemäß z.B. WO 2008/061263 A2.Fig. 3 shows an embodiment according to the invention of a differential system for an energy recovery plant with a hydrostatic pump / motor combination as a differential drive according to e.g. WO 2008/061263 A2.

[0043] Prinzipiell ist der Triebstrang gleich aufgebaut wie zu Fig. 2 beschrieben. Anstelle des elektrischen Differenzialantriebes 5 kommt in dieser Ausführungsvariante jedoch eine hydrostatische Pumpe/Motor- Kombination 21 als Differenzialantrieb zum Einsatz. D.h. die variable Drehzahl am zweiten Antrieb des Differenzialgetriebes 3 wird mittels Pumpe/Motor realisiert.In principle, the drive train is constructed the same as described with reference to FIG. 2. Instead of the electric differential drive 5, however, a hydrostatic pump / motor combination 21 is used as a differential drive in this embodiment variant. That the variable speed on the second drive of the differential gear 3 is realized by means of pump / motor.

Claims (15)

Ansprücheclaims 1. Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges mit einer Antriebswelle (2, 17), einer elektrischen Maschine (4, 19) und mit einem Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben (7, 8, 9), wobei ein erster An- bzw. Abtrieb (7) mit der Antriebswelle (2, 17), ein zweiter An-bzw. Abtrieb (9), gegebenenfalls mittels einer ersten Kupplung (15), mit einem Differenzialantrieb (5, 21) und ein dritter An- bzw. Abtrieb (8), gegebenenfalls mittels einer zweiten Kupplung (22), mit der elektrischen Maschine (4, 19) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) bei geöffneter erster Kupplung (15) und/oder bei geöffneter zweiter Kupplung (22) von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird, dass die elektrische Maschine (4, 19) mit dem Netz (12) synchronisiert und verbunden wird, und dass die elektrische Maschine (4, 19) anschließend im Pha-senschiebemodus betrieben wird.1. A method for operating a drive train with a drive shaft (2, 17), an electric machine (4, 19) and with a differential gear (3) with three inputs or outputs (7, 8, 9), wherein a first An - or output (7) with the drive shaft (2, 17), a second on and. Output (9), optionally by means of a first clutch (15), with a differential drive (5, 21) and a third input or output (8), optionally by means of a second clutch (22), with the electric machine (4, 19), characterized in that the electric machine (4, 19) is approached with the first clutch (15) open and / or with the second clutch (22) open at zero or approximately zero speed, that the electric machine ( 4, 19) is synchronized and connected to the network (12), and that the electrical machine (4, 19) is subsequently operated in Pha-senschiebemodus. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5, 21) über einen Frequenzumrichter (6) mit dem Netz (12) verbindbar ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the differential drive (5, 21) via a frequency converter (6) to the network (12) is connectable. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) mittels eines Hilfsantriebes (20) von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren und mit dem Netz (12) synchronisiert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electric machine (4, 19) by means of an auxiliary drive (20) approached by a speed of zero or approximately zero and with the network (12) is synchronized. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsantrieb (20) eine elektrische Maschine ist, die mittels des vom Differenzialantrieb (5) getrennten Frequenzumrichters (6) drehzahlvariabel betrieben wird und dabei die elektrische Maschine (4, 19) mit dem Stromnetz (12) synchronisiert, und dass abschließend der Hilfsantrieb (20) vom Frequenzumrichter (6) getrennt und der Frequenzumrichter (6) wieder mit dem Differenzialantrieb (5) verbunden wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the auxiliary drive (20) is an electric machine, which is operated variable speed by means of the differential drive (5) separate frequency converter (6) while the electric machine (4, 19) to the power grid (12) synchronized, and that finally the auxiliary drive (20) separated from the frequency converter (6) and the frequency converter (6) is connected to the differential drive (5) again. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) mittels des vom Differenzialantrieb (5) getrennten Frequenzumrichters (6) beschleunigt und mit dem Stromnetz (12) synchronisiert wird, dass dann die elektrische Maschine (4, 19) mit dem Stromnetz (12) verbunden wird und dass abschließend die elektrische Maschine (4, 19) vom Frequenzumrichter (6) getrennt und der Frequenzumrichter (6) wieder mit dem Differenzialantrieb (5) verbunden wird.5. The method according to claim 2, characterized in that the electric machine (4, 19) by means of the differential drive (5) separate frequency converter (6) is accelerated and synchronized with the power grid (12) that then the electric machine (4, 19) is connected to the power grid (12) and that finally the electric machine (4, 19) separated from the frequency converter (6) and the frequency converter (6) is again connected to the differential drive (5). 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) eine Hilfswicklung hat, welche mit dem vom Differenzialantrieb (5) getrennten Frequenzumrichter (6) verbunden wird, dass sie mittels der Hilfswicklung beschleunigt und mit dem Stromnetz (12) synchronisiert wird, dass dann die elektrische Maschine (4, 19) mit dem Stromnetz (12) verbunden wird und dass abschließend die Hilfswicklung vom Frequenzumrichter (6) getrennt und der Frequenzumrichter (6) wieder mit dem Differenzialantrieb (5) verbunden wird.6. The method according to claim 2, characterized in that the electric machine (4, 19) has an auxiliary winding which is connected to the differential drive (5) separate frequency converter (6) that they accelerated by means of the auxiliary winding and to the power grid ( 12) is synchronized, that then the electric machine (4, 19) is connected to the power supply (12) and that finally the auxiliary winding from the frequency converter (6) disconnected and the frequency converter (6) is again connected to the differential drive (5). 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) mit dem Netz (12) verbunden und von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the electrical machine (4, 19) connected to the network (12) and is approached by a speed of zero or approximately zero. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) mittels Sanftanlauf von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren und mit dem Netz (12) synchronisiert wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the electric machine (4, 19) by means of soft start of a speed of zero or approaching approximately zero and synchronized with the network (12). 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) nach dem Phasenschiebemodus soweit beschleunigt wird, bis die Drehzahl des zweiten Antriebs (9) eine Drehzahl erreicht hat, bei der der Differenzialantrieb (5, 21) in seinem Regeldrehzahlbereich dreht, dass anschließend die beiden Hälften der ersten und/oder zweiten Kupplung (15, 22) mittels Drehzahlregelung des Differenzialantriebes (5) synchronisiert werden, und dass dann die Kupplung (15, 22) geschlossen wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor (16) after the phase shift mode is accelerated until the rotational speed of the second drive (9) has reached a speed at which the differential drive (5, 21) rotates in its control speed range that then the two halves of the first and / or second clutch (15, 22) are synchronized by means of speed control of the differential drive (5), and that then the clutch (15, 22) is closed. 10. Triebstrang, insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Antriebswelle (2, 17), einer elektrischen Maschine (4, 19) und mit einem Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben (7, 8, 9), wobei ein erster An- bzw. Abtrieb (7) mit der Antriebswelle (2, 17), ein zweiter An- bzw. Abtrieb (9) mit einem Differenzialantrieb (5, 21) und ein dritter An- bzw. Abtrieb (8) mit der elektrischen Maschine (4, 19) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite An- bzw. Abtrieb (9) über eine erste Kupplung (15) mit dem Differenzialantrieb (5, 21) verbunden ist und/oder dass der dritte An- bzw. Abtrieb (8) mittels einer zweiten Kupplung (22) mit der elektrischen Maschine (4, 19) verbunden ist, und dass, wenn die elektrische Maschine (4, 19) im Phasenschiebemo-dus betrieben wird, die erste Kupplung (15) und/oder die zweite Kupplung (22) geöffnet ist.10. powertrain, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 9, with a drive shaft (2, 17), an electric machine (4, 19) and with a differential gear (3) with three on or off drives (7 , 8, 9), wherein a first input or output (7) with the drive shaft (2, 17), a second input or output (9) with a differential drive (5, 21) and a third on or Output (8) to the electric machine (4, 19) is connected, characterized in that the second input or output (9) via a first clutch (15) to the differential drive (5, 21) is connected and / or that the third drive or output (8) is connected to the electric machine (4, 19) by means of a second clutch (22), and that when the electric machine (4, 19) is operated in the phase shift mode, the first clutch (15) and / or the second clutch (22) is opened. 11. Triebstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) eine mit einem Netz (12) verbundene Drehstrommaschine ist.11. Driveline according to claim 10, characterized in that the electrical machine (4, 19) is connected to a network (12) three-phase machine. 12. Triebstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (4, 19) eine Dämpferwicklung hat.12. Driveline according to claim 11, characterized in that the electrical machine (4, 19) has a damper winding. 13. Triebstrang nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) eine Drehstrommaschine ist.13. Driveline according to one of claims 10 to 12, characterized in that the differential drive (5) is a three-phase machine. 14. Triebstrang nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (21) eine hydrostatische Pumpe/Motor-Kombination ist.14. Driveline according to one of claims 10 to 12, characterized in that the differential drive (21) is a hydrostatic pump / motor combination. 15. Triebstrang nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5, 21) über eine Anpassungsgetriebestufe (10) mit dem zweiten Antrieb (9) verbunden ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen15. Driveline according to one of claims 10 to 14, characterized in that the differential drive (5, 21) via a matching gear stage (10) with the second drive (9) is connected. For this 3 sheets of drawings
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