CN107636952A - 可变速驱动系统及用于启动和/或操作可变速驱动系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可变速驱动系统。可变速驱动系统具有从动机(3)和驱动机(1)，驱动机(1)借助于传动单元(17)被机械耦合或能够被机械耦合至从动机(3)。此外，提供至少两个调节机(2.1，2.2)，所述调节机(2.1，2.2)与传动单元(17)机械耦合或者能够机械耦合，并且每一者可以借助于至少两个变频器(120，121)而操作。至少两个变频器(120，121)中的至少一者借助于转换装置(130)电连接或可连接至驱动机(1)，以使得驱动机(1)与至少一个供电网络(100，110)的连接被至少暂时地或永久地断开，以便在驱动机(1)上产生调节的和/或控制的速度变化。本发明的目的在于提供这种可变速驱动系统，其中，在主传动中发生的磨损尽可能保持小，因为在主驱动启动期间，可变速驱动或差分驱动可以被控制，并且其中，特别地，在一方面的可变速驱动或差分驱动与另一方面的主驱动之间的转换不受牵引力中断的影响。

Description

可变速驱动系统及用于启动和/或操作可变速驱动系统的 方法
技术领域
本发明涉及可变速驱动系统。
背景技术
可变速驱动系统被用于工业应用中，以便更好地适应待转移到相应过程要求的功率。它们被实施为可变速配置，尤其实施于石油和天然气产业的压缩机的驱动系统中，但也被实施于高功率风扇和火力发电厂泵的驱动中。
例如，驱动系统从印刷公开WO 2014/169302 A1已知，其具有速度恒定的电动主驱动、进一步作为输出的转子、耦合驱动和输出的主传动、以及还耦合至主传动的可变速驱动。电动主驱动可以借助于速度可控驱动来启动或运行。速度可控驱动被连接到变频器，该变频器可以切换到主驱动器以进行启动。一旦达到电动主驱动的标称转速，电动主驱动就被切换到主操作，并且速度可控驱动被切换到变频器以调节输出速度。
此外，差动系统从WO 2011/000008 A1已知。差动系统由差动级、适配传动级和差动驱动构成。转子驱动主传动，主传动借助于差动级耦合到同步发电机。差动驱动经由变频器和变压器连接到电源网络。类似地，WO 2011/000008A1公开了一种开关，其通过打开容易地将同步发电机与电源网络断开。
从WO 2014/169302 A1和WO 2011/000008A1已知的解决方案的缺点尤其在于主传动的磨损，主传动将驱动耦合到输出，其中这种磨损是由速度可控驱动或差动驱动的啮合引起的。进一步的缺点是，在主驱动启动期间，速度可控驱动或差动驱动不能被控制并且必须被机械制动或耦合。另一个缺点在于速度可控驱动或差动驱动与主驱动之间的转换受到牵引中断的影响。
发明内容
在这个问题的背景下，本发明的目的是提供开始提出的类型的可变速驱动系统，其中在主传动中发生的磨损保持尽可能小，在主驱动启动期间可以控制速度可控的驱动或差动驱动，并且其中特别是在一方面的速度可控驱动或差动驱动与另一方面的主驱动之间的切换免受牵引力中断影响。此外，本发明的目的是提供用于启动和/或操作这种可变速驱动系统的方法。
这些目的通过独立权利要求1、9和10的主题来实现，其中根据本发明的解决方案的有利的进一步进展在从属权利要求中表示。
因此，提出了一种可变速驱动系统，其包括从动机、驱动机和至少两个调节机。驱动机借助于传动单元被机械耦合或能够被机械耦合至从动机。被机械耦合或者能够被机械耦合至传动单元的至少两个调节机可以借助于至少两个变频器中的一者来操作。此外，至少两个变频器中的至少一者借助于转换装置电连接或者能够电连接至驱动机，以使得驱动机至至少一个供电网络的连接能够暂时地或永久地断开，以便获得驱动机上的调节的和/或控制的速度变化。
根据本发明的解决方案的优点尤其是主传动中发生的磨损保持尽可能小，在主驱动启动期间可以控制速度可控的驱动或差动驱动，并且特别是在速度可控驱动或差动驱动与主驱动之间的转换免受牵引力中断影响。
这使得可以实现可变速电力变压器以及同时实现平缓驱动电机启动装置，该平缓驱动电机启动装置在非常宽的速度控制范围内实现高效率水平及最佳和经济地使用现有的机械和电气部件来正常操作和启动操作。这种具有电力叠加的可变速传动(适用于500KW至100MW之间的优选功率范围内的工业应用)为低压和中压范围的电组件及可靠的传动部件实现了非常好的可用性，并允许使用的驱动机的节能启动。
尤其，根据本发明的解决方案在应用中提供了巨大的优点，其中对于驱动机和从动机之间的较大转速需要速度比。此外，在不需要在整个转速范围(例如代替60-100％或80-100％)实现从动机的速度控制的情况下特别有利。在这些条件下，可变速驱动系统具有特别有利和经济的设计。
尤其，在根据本发明的解决方案的有利实施方式中，提供了至少两个变频器借助于转换装置被电连接或能够被电连接至驱动机，以使得驱动机至至少一个供电网络的连接能够暂时地或永久地断开，以便在驱动机器上获得调节的和/或控制的速度变化。换句话说，与现有技术已知的和以上描述的解决方案相反，在根据本发明的可变速驱动系统中可以提供更高的标称功率以用于驱动机的控制，例如通过并联连接至少两个变频器。此外，该实施方式允许传动单元上的至少两个调节机的对称啮合，从而允许考虑的滑动轴承更简单的设计用于正常操作。经由至少两个速度可控驱动的永久对称啮合对可变速驱动系统的成本和可用性有积极的影响。
在权利要求1所述的实施方式的易于实施但是有效的进一步开发中，转换装置具有至少三个切换装置，其被设计为将至少一个变频器与至少两个调节机和/或驱动机中的一者电连接或断开，和/或将驱动机与至少一个供电网络电连接或断开。因此，在本实施方式的情况下，转换装置被用于可变速驱动系统，一方面这也可以满足上述优点。然而，另一方面，对电动调节机与与其相关联的变频器之间的所需调节功率的分割也可以被执行并针对工作机的不同负载特性来进行优化。由于至少三个切换装置，对一个或多个电动调节机的能量最佳负载施加的可能性被提供给电路，这导致可变速驱动系统的整体效率的提高。
在权利要求2所述的实施方式的进一步开发中，其易于实现但仍然有效，转换装置具有至少五个切换装置，其被设计为将至少两个变频器分别与至少两个调节机和/或驱动机电连接或断开，和/或将驱动机与供电网络的至少一者电连接或者断开；和/或其中所述转换装置具有至少两个耦合元件，其被设计成电耦合所述至少两个变频器。该进一步的发展也可以满足上述实施方式的所有优点。此外，可以借助于至少五个切换装置来进一步优化对多个电动调节机的能量最佳负载施加，结果是与前述示例性实施方式相比，可变速驱动系统的整体效率进一步增加。由于转换装置具有至少两个耦合元件，可以进一步改善至少两个变频器的定时和/或调节。
可替代地或此外，然而，也可以想到可变速驱动系统具有控制装置，该控制装置被设计成借助于旁路装置将从动机设置为减载状态。例如，在用于压缩机和泵的可变速驱动系统的情况下，可以使用所谓的旁路装置或泄压线路。为此，介质经由在压缩机/泵的吸力侧与压力侧之间建立连接的管线进给，并从压力侧引导回到吸力侧。连接可以例如经由步进可控或黑/白阀来进行。介质的返回可以优选地经由热交换器或冷却器进行。压缩机或泵的容量和功率消耗可以通过这种措施来改变。在多级压缩机中，旁路装置也可以在各个级之间进行。对于这个任务，所谓的防喘振阀也可以被用在压缩机中，这在正常操作中可以防止介质从压力侧到吸力侧的不期望的反向流动。在可变速驱动系统的启动过程中，压缩介质通过这些阀反馈到吸力侧。通过吸力供给管线和/或压力输出管线上的附加截止阀，向后的介质流，例如，在管道内部，被阻止。此外，在可变速驱动系统的启动过程中，可以包括在可变速驱动系统中的控制单元可以向可以耦合到从动机的泄压装置发出信号，以致动在压力与吸力侧之间的旁路装置并防止介质的向后流动。由此导致的工作机上的负载特性的降低允许驱动机经由至少两个变频器以降低的电力控制功率按照标称速度启动。
在另一个优选实施方式中，驱动机和传动单元的机械耦合可以借助于离合器元件(特别是借助于机械或液力动力离合器元件)来断开。在驱动机的启动过程期间，这导致了至今已经经由从动机在驱动机上驱使的负载转矩的显着降低。启动过程期间负载转矩的降低允许电动调节机和至少两个变频器的所提供的标称控制功率的最佳设计，特别是在从动机的不利负荷特性(恒定转矩或转速下的线性负载转矩)或仅需要输出驱动的非常低额速度控制范围的应用的情况下。
此外，优选地，至少两个调节机和传送单元的相应机械耦合可以借助于相应的离合器元件(特别是借助于机械或流体动力离合器元件)而被分离。如在上述实施方式中，于此也可以产生驱动机的负载转矩的显着降低。
根据转换装置的替代实施方式，还提供了其具有变压器。通过变压器的互连，可以省略或补偿在供电网络与至少两个变频器之间以这种方式存在的电压差。
启动和/或操作最初描述类型的可变速驱动系统的优选方法可以至少包括以下步骤：
i)断开能够借助于具有转换装置的至少三个切换装置而产生的所有电连接；
ii)通过切换至少三个切换装置的相关联的一者来将至少两个变频器的至少一者电连接至驱动机；
iii)在驱动机上借助于至少两个变频器中的至少一者来驱使和/或触发驱动机上的调节的和/或控制的速度变化；
iv)在达到驱动机的预定转速之后，断开可以借助于具有转换装置的至少三个切换装置而产生的所有电连接；以及
v)通过切换至少三个切换装置中指定的一者来将至少两个变频器中的至少一者电连接至相应的调节机，以及通过切换至少三个切换装置中相关联的一者来将驱动机电连接至供电网络。
开启和/或操作最初描述类型的可变速驱动系统的进一步优选方法可以至少包括以下步骤：
i)断开可以借助于具有转换装置的至少三个切换装置来产生的所有电连接；
ii)通过切换至少五个切换装置的指定的一者和/或另一指定的一者来将至少两个变频器的至少一者和/或至少两个变频器中的另一者电连接至驱动机；
iii)在驱动机上借助于至少两个变频器中的一者和/或至少两个变频器来驱使和/或触发驱动机上的调节的和/或控制的速度变化；
iv)在达到驱动机的预定转速之后，断开可以借助于具有转换装置的至少三个切换装置产生的所有电连接；以及
v)通过切换至少三个切换装置中指定的一者和/或另一指定的一者来将至少两个变频器的至少一者电连接至相应的调节机和/或将至少两个变频器的另一者电连接至另一调节机，以及通过切换至少三个切换装置的相关联的一者来将驱动机电连接至供电网络。
相同的优点适用于已经针对可变速驱动系统及其优先实施方式所描述的两种上述方法。
在另一优选方法中，从动机的负载特性可以在启动过程之前借助于旁路装置被设定为降低的负载状态。在驱动机电连接到供电网络之后，旁路装置可以取消泄压并将其恢复到原来的负载特性。所导致的工作机上的负载特性的减少允许驱动机经由至少两个变频器以降低的电力控制功率按照标称速度启动。
根据另一优选方法，通过控制离合器元件，可以在启动过程之前将驱动机与传动单元的机械耦合分离。在将驱动机电连接到供电网络之后，可以通过控制离合器元件来重新连接驱动机和传动单元的机械耦合。在驱动机的启动过程期间，这导致了至今已经经由从动机在驱动机器上驱使的负载转矩的显着降低。启动过程期间负载转矩的降低允许对电动调节机和至少两个变频器的所提供的标称控制功率进行最佳设计，特别是在从动机的不利负载特性(恒定转矩或转速下的线性负载转矩)或仅需要驱动机的非常低的速度控制范围的应用的情况下。
附图说明
以下参考附图描述根据本发明的可变速驱动系统的两种示例性实施方式，其中：
图1：示出根据本发明的可变速驱动系统的第一示例性实施方式的示意图；
图2：示出了根据图1本发明的可变速驱动系统的第一示例性实施方式的两个调节机2.1、2.2与传动单元17的耦合以及驱动机1和从动机3与其耦合的机械设计；
图3：示出根据本发明的可变速驱动系统的第二示例性实施方式的另一电路图；
图4：示出根据图1示出的本发明的可变速驱动系统的第一实施方式的电路图。
仅示出对于本发明的直接理解是必要的那些元件。
附图标记列表
1 驱动机
2.1 第一调节机
2.2 第二调节机
3 从动机
4 齿圈
5 行星
6 正齿轮级
7 太阳齿轮
9 传动壳体
10 行星架
11 离合器装置
12 离合器元件
17 传动单元
18 传动级
19 制动单元
100 第一供电网络
110 第二供电网络
120 第一变频器
121 第二变频器
130 转换装置
131 第一切换装置
132 第二切换装置
133 第三切换装置
134 第四切换装置
135 第五切换装置
136 第一电耦合元件
137 第二电耦合元件
140 泄压装置
150 控制单元
160 变压器
具体实施方式
图1所示的可变速驱动系统的示意图示出了传动单元17，其具有驱动机1上的中心输入轴，优选为电动感应机，还具有从动机3上的中心输出轴。
传动单元17优选地被设计成行星齿轮，其具有太阳齿轮7、有行星齿轮5的行星架10(以下也称为“行星”)以及齿圈4。因此，输入(驱动)与输出(从动)轴之间的同轴性被实现。
两个调节机2.1、2.2经由分支的相应的传动级18被耦合至传动单元17，并且因而可以将功率供给至驱动机1。优选地，两个调节机2.1、2.2是独立的速度可控电动机。
输入和输出轴与行星齿轮的连接可以按照不同方式进行，从而区分不同类型的重合齿轮。
行星齿轮组中的行星5为叠加分支提供耦合可能性。以下类型的行星齿轮单元是可行的：
形式 驱动 输出 叠加
A 齿圈4 行星架10 太阳齿轮7
B 太阳齿轮7 行星架10 齿圈4
C 太阳齿轮7 齿圈4 行星架10
D 行星架10 齿圈4 太阳齿轮7
E 行星架10 太阳齿轮7 齿圈4
F 齿圈4 太阳齿轮7 行星架10
合适的传动变化的选择取决于工作机在扭矩和转速方面的相应需求曲线以及对于功率叠加可用的、合适的驱动机1。
两个调节机2.1、2.2可以用相应的制动单元19来制动和/或释放。制动单元19布置在图1和图2中的可变速驱动系统内。可替代的实施方式是将制动单元19布置在可变速驱动系统之外。此外，独立可控的调节机2.1、2.2可以借助于在相应的传动级18中的合适的隔离装置(离合器装置11)与传动单元17解耦。
通过由相应的制动单元19制动和/或释放调节机2.1、2.2，这可以在正常操作中使用，以将控制路径的速度紧紧地制动到0(零)rpm。在启动过程期间，在驱动机1、调节机2.1、2.2与输出机3之间的质量惯性不利分布的情况下，制动单元19可以被用于在相应的调节机2.1、2.2上施加限定的负载，这导致传动单元17的输入和输出转速的确定分配。
在正常操作中，调节机2.1、2.2经由转换装置130而被电连接到相应的变频器120、121。在正常操作中调节机2.1、2.2借助于相应的变频器120、121以变化的速度运行。
启动过程和正常操作所需的控制和调节命令通过控制单元150生成。控制单元被实施为独立部件。然而，它也可以被布置集成在变频器120、121的至少一者内或转换装置130内。控制单元150在启动过程期间生成必要的控制命令，优选地读回转换装置130内实施的切换状态并且使切换要求和切换状态彼此相关以及控制或调节其时间序列。控制单元150至少具有对变频器120、121、传动单元17内的离合器装置11、从动机器3上的泄压装置140和制动单元19的控制访问。
从动机3上的泄压装置140可以依赖于从动机3的设计而被设计为入口导向阀(用于压缩机或风扇)或旁路装置(用于泵)。泄压装置140执行从动机3至较低负载的负载特性的改变。
插入至驱动机1与传动单元17之间的离合器元件12提供了中断在电驱动机1与齿圈4之间的机械耦合的可能性，其表示与传动单元17的连接。在驱动机1的启动过程期间，这导致了之前经由从动机3已经在驱动机1上驱使的负载转矩的显着降低。
启动过程期间负载转矩的降低允许电调节机2.1、2.2和变频器120、121的所提供的标称控制功率的最佳设计，特别是在从动机3的不利的负载特性(恒定转矩或转速下的线性负载转矩)或在需要从动机3的非常低的速度控制范围的应用的情况下。在根据本发明的可变速驱动系统的启动过程期间，制动装置19不被使用并且因而可以可选择省略。
图2所示的机械设计示出了驱动轴(驱动机1)与行星齿轮的齿圈4的连接。从动机3上的输出轴被连接到行星齿轮的太阳齿轮7。行星5被安装在行星架10中。行星架10通过两个可变速电动机(即调节机2.1、2.2)经由两个正齿轮级6驱动。离合器11用作将电动调节机2.1、2.2与相应的正齿轮级6分离。制动装置19允许调节机2.1、2.2的驱动轴关于传动壳体9直接或间接地固定或释放。
行星齿轮系统的齿轮比根据行星齿轮的齿数或者通过反转点及所需的标称输出转速和驱动转速的选择来得出。行星架10与调节机2.1、2.2的转子速度之间的速度比用标准齿轮比来确定。
使用多个电动调节机2.1、2.2对于电动驱动机1的启动过程和可变速驱动系统的正常运转具有许多优点。经由电动调节机2.1、2.2的正齿轮级6的机械接合的对称布置允许将最佳的力引入行星架10中，并且可以更经济地对其进行安装。此外，使用至少两个电动调节机2.1、2.2提供了可能受限制的速度操作范围的功能冗余的可能性。
在启动过程中，附加的调节机2.1、2.2允许可以通过旋转从动机3减小驱使的负载的操作状态。在启动过程期间借助于主动驱使的负载，制动装置19可能被省去。
图3所示的电路图涉及根据本发明的可变速驱动系统的第二示例性实施方式。它包括供电网络100、两个变频器120、121及其相关联的电动调节机2.1、2.2。供电网络100的工作电平取决于电动调节机2.1、2.2的所需标称功率及其数量以及可变速驱动系统在启动过程期间必须在电力驱动机1中实现的所需启动功率。变频器120、121和调节机2.1、2.2的优选额定电压在400V至13.8KV之间。此外，可变速驱动系统具有供电网络110，该供电网络110经由转换装置130被耦合或可以被耦合到电动驱动机1。供电系统110的所需电平取决于电动驱动机1的所需标称功率和现有的可用电压源100、110。电动驱动机1的优选额定电压处于1KV至50KV之间的中等电压范围。两个变频器120、121用于改变来自供电网络100的电平和频率。第一变频器120允许根据转换装置130进行第二电动调节机2.2或电动驱动机1的速度控制操作。第二变频器121允许第一电动调节机2.1的速度控制操作。转换装置130具有三个切换装置131、132、133以及相关联的电缆和连接可能性。根据应用，第一切换装置和第三切换装置131、133也可以在转换装置130外部实现和提供。单独的切换装置131、132、133的上级控制和连锁由转换装置130及其控制单元150(图3中未示出)来确保。在转换装置130内，可以集成元件(图中未示出)，其保护电气部件和电缆并且保护这些部件免于超过或低于电流和电压的允许阈值。
通过使用两个变频器120、121的可变速驱动系统，特别是机电启动辅助设备和两个调节机120、121，可以进行驱动机1的电运转。
以下描述用于启动和/或操作可变速驱动系统的第一种方法。在启动过程之前，电动驱动机1、从动机3和两个电动调节机2.1、2.2优选地处于接近0(零)rpm或明显低于标称速度的速度。转换装置130在运转或启动之前经由第一三个切换装置131、132、133产生以下电连接：
·第一切换装置131中断第一变频器120与第二电调节机2.2之间的电连接。
·第二切换装置132中断第一变频器120与电动驱动机1之间的电连接。
·第三切换装置123中断第一供电网络110与电动驱动机1之间的电连接。
如果要执行电动驱动机1的运转，则转换装置130经由三个切换装置131、132、133产生以下电连接：
·第一切换装置131中断第一变频器120与第二电调节机2.2之间的电连接。
·第二切换装置132建立第一变频器120与电动驱动机1之间的电连接。
·第三切换装置133中断第一供电网络110与电动驱动机1之间的电连接。
第一变频器120与电动驱动机1之间的电连接允许按照变化速度以可变频率和0(零)伏特到第一变频器120及其供电网络100的额定电压之间的可变电压来操作驱动机1。
由其标称电压和其标称电流限定的第一变频器120的标称功率在启动过程期间可以在限定的时间范围内被增加，该限定的时间范围主要由功率半导体的热负载、由大于标称电流的电流来确定。第一变频器120的标称功率由启动装置的相应设计决定，优选为总输出功率的10-40％。如果由于设计而发生具有额定电压UNENN的电动驱动机1与具有额定电压UVFD的第一变频器120的不同额定电压，则应考虑最大转矩降低增加的速度，最大转矩可以在电动驱动机1的启动期间生成。在这种情况下，在电动驱动机1的标称速度下可达到的最大转矩是
额定电压的适应可以经由变压器160进行。在这种情况下，省略了最大可实现转矩的限制。
电动驱动机1在该方法的进一步进程期间增加其速度；第二电动调节机2.2没有被有效地触发，但是可变转速可以经由其第二变频器121借助于第一电动调节机2.1经由正齿轮级6在行星架10上被驱使。作为经由传动单元17在电动驱动机1至从动机3之间的机械耦合的结果，同样存在从动机3上的速度增加。从动机3的这种速度增加可以经由第一电动调节机2.1而被减少或增加。该增加或减少对应于在正常操作中用于输出速度变化的功能原理。在驱动机1的启动期间，从动机3借助于第一可变速电动调节机2.1而被保持在接近0(零)rpm的速度下，用于驱动机1的限定的转速范围。该措施使其可以减少由旋转的从动机3引起的负载力矩。可变速驱动系统、第一电动调节机2.1、及特别是传动单元17的机械设计限定了驱动机1的速度范围，其中从动机3的转速可以被降低。还限定当驱动机1以标称速度运行并且第一电动调节机2.1驱使输出速度的最大降低时在从动机器3上驱使的速度。在该启动方法中不使用制动装置19，并且在该起动过程期间可以省略或者必须释放两个调节机2.1、2.2的驱动轴。
依赖于输出速度和从动机3的负载特性(例如抛物线、恒定、下降或增加)，不同的负载被驱使，第一变频器120经由驱动机1克服该不同的负载，以便加速从动机3达到标称转速。如果需要的话，可以经由控制单元150借助于释放装置140的激活来实现对从动机3的负载特性的适配。
借助于第一变频器121及其配属的第二调节机2.1的机电启动辅助设备允许两个频率转换器120、121的所需总调节功率的最佳分配，以使得根据负载特性更多地调节功率针对第一变频器120或第二变频器121来提供。
在驱动机1已经达到接近标称转速(+/-5％)的转速之后，驱动机1可以没有任何问题地被连接到第二供电网络110。依赖于驱动机1的设计，驱动机1与供电网络110之间的差动转速(滑差)和/或相位必须被考虑。在这种情况下，控制单元150仅在满足所需条件时才检查这些关系并且转换装置130的切换装置131、132、133进行切换。
在这种情况下，转换装置130经由三个切换装置131、132、133产生以下电连接：
·第一切换装置131中断第一变频器120与第二电调节机2.2之间的电连接。
·第二切换装置132中断第一变频器120与电动驱动机1之间的电连接。
·第三切换装置133中断第一供电网络110与电动驱动机1之间的电连接。
在确保第一供电网络100与电动驱动机1之间不存在进一步的直接或间接连接之后，转换装置130建立以下电连接：
·第一切换装置131产生第一变频器120与第二电调节机2.2之间的电连接。
·第二切换装置132中断第一变频器120与电动驱动机1之间的电连接。
·第三切换装置133建立第二供电网络110与电动驱动机1之间的电连接。
转换装置130的这种切换状态对应于在可变速驱动系统的正常操作中的通常的切换状态，并导致用由第二供电网络110的频率和驱动机1的卷绕系统的结构限定的几乎恒定的速度的驱动机器1的操作。在正常操作期间，制动装置19可以被用于固定行星架10，并因此在所谓的反转点处设置恒定速度。制动装置19也可以被用于释放电动调节机2.1、2.2的驱动轴，以经由电动调节机2.1、2.2的转速来影响从动机3的输出速度。
为此，制动装置19经由控制单元150而被影响。变频器120、121被用于以变化的速度操作相应的指定的电动调节机2.1、2.2，并因而被用于设置从动机3上的变化速度。
通过影响两个调节机2.1、2.2的转矩和转速，可以设计整个传动的转矩-速度特性。转矩-速度特性可以通过使用两个电动调节机2.1、2.2和离合器装置11由电动调节机2.1、2.2来实施，其中在各个调节机2.1、2.2之间的分隔中实现了灵活性。为了提高整个装置的效率和可用性，单独的调节机2.1、2.2可以在没有相应的变频器120、121的控制的情况下操作，和/或通过相关联的离合器装置11从正齿轮级6解耦。
在电力需求接近标称功率的运行条件期间，通过更高程度的电力调节机2.1、2.2的部件效率可以产生效率的提高。此外，借助于相关联的离合器装置11，可以减小阻力和摩擦损失。
可用性的增加通过借助于转换装置130和所指定的三个切换装置131、132、133中断调节机2.1、2.2与与其相关联的变频器120、121之间的电连接来实现。由此可以抑制电调节机2.1、2.2和/或相关联的变频器120、121中出现的电气故障的反应。
诸如电动调节机2.1、2.2上的阻塞的机械误差例如可以通过借助于相关联的离合器装置11的解耦来实现。
图4示出了根据图1所示的本发明的可变速驱动系统的第一示例性实施方式的电路图。它包括供电网络100、两个变频器120、121及与其相关联的电动调节机2.1、2.2。供电系统100的电平基于电动调节机2.1、2.2的所需标称功率、以及它们的数量和在启动期间需要由电动驱动机1中的可变速驱动系统实现的所需启动功率。变频器120、121和调节机2.1、2.2的优选额定电压在400V至13.8KV之间。此外，可变速驱动系统包括供电网络110，该供电网络110经由切换装置130被耦合或可以被耦合到电动驱动机1。供电网络110的所需电平依赖于电动驱动机1的所需标称功率和现有的可用电压源100、110。电动驱动机1的优选额定电压处于1KV至50KV的中间电压范围内。两个变频器120、121用于改变来自供电网络100的电平和频率。第一变频器120允许根据切换装置130进行第二电调节机2.2或电动驱动机1的速度控制操作。第二变频器121允许根据切换装置130进行第一电动调节机2.1或电动驱动机1的速度控制操作。转换装置130具有：五个切换装置131、132、133、134、135，两个电耦合元件136、137以及相关联的电缆和连接可能性。根据应用，第一、第三和第四切换装置131、133、134也可以在转换装置130的外部被实现和提供。通过转换装置130及其控制单元150(图4中未示出)来确保单个切换装置131、132、133、134、135的上级控制和连锁。在转换装置130内，可以集成元件(图中未示出)，其保护电气部件和电缆并且保护这些部件免于超过或低于电流和电压的允许阈值。优选地体现为电感的耦合元件136、137允许两个变频器120、121电耦合。耦合元件136、137的必要性和设计由变频器120、121的五个切换装置131、132、133、134、135(所谓的功率半导体)的分类、类型和切换特性来决定性地限定。
在启动过程中，两个电变频器120、121借助于转换装置130被电耦合并且以并联连接被使用以启动电动驱动机1。
在转换装置130内，第一和第四电气切换装置131、134以相同的控制状态被致动，以使能电动调节机2.1、2.2与相应指定的变频器120、121之间的电断开或电连接。第二和第五切换装置132、135以相同的控制状态被致动，以使能两个变频器120、121与驱动机1之间的电断开或电连接(并联连接)。
在与没有机电泄压的驱动机1的纯电启动有关的两个或更多个电动调节机2.1、2.2的效率和可用性的优点应该经由调节机2.1、2.2来执行的情况下，图4中所示的可变速驱动系统的实施方式优选地被使用。在这种情况下，通过两个变频器120、121的并联连接，较高的标称功率可用于控制驱动机1。此外，本实施方式允许在行星齿轮的对应元件上进行调节机的对称啮合，从而允许针对正常操作进行相关滑动轴承的较简单的设计。经由两个可变速调节机2.1、2.2的永久对称啮合对配置的成本和可用性有积极的影响。
本发明不限于根据本发明的可变速驱动系统的附图中示出的示例性实施方式，而是于此公开的所有特征的概要。

Claims (12)

1.一种可变速驱动系统，包括：
-从动机(3)；
-驱动机(1)，该驱动机借助于传动单元(17)被机械耦合或者能够被机械耦合至所述从动机(3)；以及
-至少两个调节机(2.1，2.2)，该至少两个调节机(2.1，2.2)被机械耦合或者能够被机械耦合至所述传动单元(17)并且每一者能够借助于至少两个变频器(120，121)中的一者来操作，
其中所述至少两个变频器(120，121)中的至少一者借助于转换装置(130)被电连接或者可电连接至所述驱动机(1)，以使得所述驱动机(1)至至少一个供电网络(100，110)的连接能够至少暂时或永久地被断开，以便生成所述驱动机(1)上的调节的和/或控制的速度变化。
2.根据权利要求1所述的可变速驱动系统，
其中所述至少两个变频器(120，121)借助于所述转换装置(130)被电连接或可电连接至所述驱动机(1)，以使得所述驱动机(1)至所述至少一个供电网络(100，110)的连接能够至少暂时或永久地被断开，以便生成所述驱动机(1)上的调节的和/或控制的速度变化。
3.根据权利要求1所述的可变速驱动系统，
其中所述转换装置(130)包括至少三个切换装置(131，132，133)，该至少三个切换装置(131，132，133)被配置成将至少一个变频器(120)与所述至少两个调节机(2.1，2.2)中的一者(2.2)和/或所述驱动机(1)电连接或断开，和/或将所述驱动机(1)与所述供电网络(100，110)中的至少一者电连接或断开。
4.根据权利要求2所述的可变速驱动系统，
其中所述转换装置(130)包括至少五个切换装置(131、132、133、134、135)，该至少五个切换装置(131、132、133、134、135)被配置成将所述至少两个变频器(120，121)与相应的至少两个调节机(2.1、2.2)和/或所述驱动机(1)电连接或断开，和/或将所述驱动机(1)与所述供电网络(100，110)中的至少一者电连接或断开；
和/或其中所述转换装置(13)包括至少两个耦合元件(136，137)，该至少两个耦合元件(136，137)适于电耦合所述至少两个变频器(120，121)。。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的可变速驱动系统，其具有控制装置，该控制装置被设计成借助于旁路装置将所述从动机(3)设置成降低的负载状态。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的可变速驱动系统，其中所述驱动机(1)和传动单元(17)的机械耦合能够借助于离合器元件(12)而分离，尤其借助于机械或液体动力离合器元件(12)而分离。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的可变速驱动系统，其中所述至少两个调节机(2.1、2.2)和所述传动单元(17)的相应的机械耦合能够借助于一个相应的离合器元件(11)而分离，尤其借助于机械或液体动力离合器元件(11)而分离。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的可变速驱动系统，其中所述转换装置(130)包括变压器(160)。
9.一种启动和/或操作根据权利要求1至8所述的可变速驱动系统的方法，该方法至少包括以下步骤：
i)断开能够借助于具有转换装置(130)的至少三个切换装置(131，132，133)而产生的所有电连接；
ii)通过切换所述至少三个切换装置(131，132，133)中相关联的一者(132)来将至少两个变频器(120，121)中的至少一者(120)与驱动机(1)电连接；
iii)在所述驱动机(1)上借助于所述至少两个变频器(120，121)中的至少一者(120)来驱使和/或控制所述驱动机(1)中的调节的和/或控制的速度变化；
iv)在达到所述驱动机(1)的预定转速之后，断开借助于具有转换装置(130)的至少三个切换装置(131，132，133)而能够产生的所有电连接；以及
v)通过切换所述至少三个切换装置(131，132，133)中的相关联的一者(131)将所述至少两个变频器(120，121)中的至少一者(120)电连接至相应的调节机(2.2)，以及通过切换所述至少三个切换装置(131，132，133)中的相关联的一者(133)将所述驱动机器(1)电连接至供电网络(110)。
10.一种启动和/或操作根据权利要求1至8所述的可变速驱动系统的方法，该方法至少包括以下步骤：
i)断开能够借助于具有转换装置(130)的至少五个切换装置(131，132，133，134，135)而产生的所有电连接；
ii)通过切换所述至少五个切换装置(131，132，133，134，135)中的相关联的切换装置(132)和/或(135)将至少两个变频器(120，121)中的至少一者(120)和/或所述至少两个变频器(120，121)中的一者(121)电连接至驱动机(1)；
iii)在所述驱动机(1)上借助于至少两个变频器(120，121)和/或所述至少两个变频器(120，121)中的至少一者(121)来驱使和/或控制所述驱动机(1)中的调节的和/或控制的速度变化；
iv)在达到所述驱动机(1)的预定转速之后，断开借助于具有转换装置(130)的至少五个切换装置(131，132，133，134，135)而能够产生的所有电连接；以及
v)通过切换所述至少五个切换装置(131，132，133，134，135)中的相关联的切换装置(131)和/或(134)将所述至少两个变频器(120，121)中的至少一者(120)电连接至相应的调节机(2.2)和/或将所述至少两个变频器(120，121)中的一者(121)电连接至另一调节机(2.1)，以及通过切换所述至少五个切换装置(131，132，133，134，135)中的相关联的一者(133)将所述驱动机器(1)电连接至供电网络(110)。
11.根据权利要求11或12所述的方法，其中在启动过程之前借助于旁路装置(140)使得所述从动机(3)的负载特性达到降低的负载状态，以及在所述驱动机(1)电连接至所述供电网络(110)之后，所述旁路装置(140)取消泄压并切换回至原始负载特性。
12.根据权利要求11或12所述的方法，其中在启动过程之前及所述驱动机(1)电连接至所述供电网络(110)之后，通过控制离合器元件(12)来分离所述驱动机(1)和传动单元(17)的机械耦合，所述驱动机(1)和所述传动单元(17)的机械耦合通过控制所述离合器元件(12)而重新连接。
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