WO2021122724A1 - Verfahren zum verbinden einer elektrischen asynchronmaschine eines triebstranges mit einem elektrischen netz - Google Patents

Verfahren zum verbinden einer elektrischen asynchronmaschine eines triebstranges mit einem elektrischen netz Download PDF

Info

Publication number
WO2021122724A1
WO2021122724A1 PCT/EP2020/086392 EP2020086392W WO2021122724A1 WO 2021122724 A1 WO2021122724 A1 WO 2021122724A1 EP 2020086392 W EP2020086392 W EP 2020086392W WO 2021122724 A1 WO2021122724 A1 WO 2021122724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
machine
speed
differential
network
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/086392
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Hehenberger
Original Assignee
Gerald Hehenberger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gerald Hehenberger filed Critical Gerald Hehenberger
Priority to EP20821101.1A priority Critical patent/EP4078801A1/de
Priority to US17/785,823 priority patent/US20230318494A1/en
Priority to CN202080087023.4A priority patent/CN114830522A/zh
Publication of WO2021122724A1 publication Critical patent/WO2021122724A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
    • H02P5/747—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors mechanically coupled by gearing
    • H02P5/753—Differential gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D15/00—Transmission of mechanical power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting an electrical asynchronous machine of a drive train to an electrical network, wherein the drive train has a drive shaft of a work machine, the drive machine, a differential drive and a
  • the invention also relates to a drive train with a drive shaft of a work machine, with a drive machine and with a differential gear with three drives and outputs, an output being connected to the drive shaft, a first drive to the drive machine and a second drive to a differential drive , with a clutch via which a drive is connected simultaneously to the other drive or to the output, with at least one device for detecting a speed of at least one input and / or output, and with a controller for controlling the differential drive and optionally opening the Coupling.
  • WO 2016/172742 A1 describes a method for starting a drive train with a differential system with a drive shaft of a work machine, with a drive machine and with a differential gear with three drives and outputs, one output with the drive shaft and a first drive with the prime mover and a second drive can be connected to a differential drive.
  • the differential system works in a first phase in an operating mode I, in which a Differential drive starts an electric drive machine and a work machine or drives it in the lower partial load range until the drive machine has reached its cut-in speed.
  • the connection speed is the speed of a drive machine at which it is connected to the network and which can vary depending on the type.
  • the simultaneous acceleration of the driven machine and the drive machine is realized by an additional connection.
  • This additional connection is a gear via which, for example, the differential drive - in addition to its connection to the differential gear - can be connected to the drive machine by means of a clutch.
  • the prime mover is connected to the grid.
  • the system in a third phase, in operating mode II, the system is operated in differential mode up to a maximum torque or at maximum drive speed.
  • a synchronous three-phase machine is used as the drive machine, it is brought to its connection speed and then, in accordance with recognized rules of technology, synchronized with the network and connected to the network without bumps.
  • the differential drive helps to synchronize the prime mover with the network by regulating the speed and preferably also the phase angle of the prime mover and synchronizing it with the network.
  • a synchronization device preferably measures the phase angle of the network and the drive machine and connects them as soon as the phase angles are essentially synchronous.
  • the drive machine If the drive machine is designed as an asynchronous three-phase machine, it is brought to its connection speed, then a mains switch is closed and the drive machine is connected to the mains. As soon as it is connected to the mains, it briefly draws a high magnetizing current. In addition, the magnetization of the prime mover causes a brief drop in the speed of the prime mover, which subsequently increases again (due to the inertia of the prime mover's rotor) and levels off at its power or slip-dependent operating speed. Depending on the design and type of the drive machine, the magnetizing current can reach zero up to around 10 times the nominal current of the drive machine when starting from speed.
  • the magnitude and duration of the magnetizing current also depend on whether a load (machine) is pulled up or at what speed the drive machine is connected to the mains. If, as in the method proposed in WO 2016/172742 A1, no load is pulled up by the drive machine, the level of the inrush current does not change significantly within the speed limits of, for example, 90% to 110% of the synchronous speed. It should therefore be understood that according to the prior art, when synchronizing or connecting asynchronous three-phase machines to the grid, no special precautions are taken with regard to the connection speed.
  • a control unit of the differential system sends, for example, a message to a higher-level process control system as soon as the drive machine has reached its connection speed. Subsequently, the coupling in the additional connection is preferably not opened until the control unit has received a feedback from the process control system that the drive machine is connected to the network. In the meantime, however, the prime mover is already connected to the mains - this delay can last several 1/10 seconds, possibly several seconds. The shortest possible time span should preferably be implemented here.
  • the differential drive works preferably with speed control for the purpose of connecting the drive machine. As soon as the prime mover switches on with the clutch closed, the differential system becomes tense.
  • the servo speed is initially pulled down by the drive machine (due to the magnetization of the drive machine) and the driven machine (speed becomes lower) and the operating speed of the drive machine, which is dependent on the load and is lower than theirs due to slip, is subsequently set Is synchronous speed / nominal speed.
  • connection speed is clearly oversynchronous, the operating speed of the drive machine will tend to decrease further. If the connection speed is undersynchronous, the operating speed of the drive machine will tend to increase.
  • the synchronous connection speed is understood as the speed of the drive machine, which results from the number of pole pairs of the drive machine and a current network frequency.
  • the synchronous cut-in speed at a nominal mains frequency of 50 Hz is 1,5001 / min, at a mains frequency of 49 Hz 1,4851 / min and at a nominal mains frequency of 60Hz 1,800 rpm.
  • a subsynchronous cut-in speed is lower and an oversynchronous cut-in speed is higher than the synchronous cut-in speed.
  • the deviation of the network frequency in networks with a synchronous connection may be + 1% of 50Hz.
  • the grid frequency may vary between + 4% and -6% for a maximum of 0.5% of the year. In e.g. Asian networks, these deviations can be greater.
  • the object of the invention is to improve the connection of the working machine to the network, i.e. to reduce the load on the differential system.
  • the network frequency is detected and the drive machine is only connected to the network when the frequency resulting from the speed of the drive machine deviates by less than + 5% from the network frequency, whereupon the connection between one drive and the other drive or the Output is separated.
  • the drive train has a device for detecting the network frequency and a comparator in the controller that checks whether the frequency resulting from the speed of the drive machine deviates from the network frequency by less than + 5%.
  • the differential system becomes tense as soon as the prime mover is switched on, and large transient drive train loads can be avoided. In addition, it makes a difference which type of coupling is used in the additional connection.
  • overrunning clutches the further the connection is within certain system-dependent limits in the subsynchronous range, the lower the load on the differential drive and clutch and the better the speed range of the differential drive can be used, since it starts at a lower speed when the drive machine is connected .
  • the drive machine overtakes the part of the overrunning clutch on the differential drive side as soon as it is connected to the mains and thus automatically disconnects the additional connection between the drive machine and differential drive.
  • the differential drive is preferably operated with so-called speed control - i.e. the process control system and / or the control device specify a speed, and the regulation and control unit of the differential drive tries to set this speed as precisely as possible.
  • the speeds of the differential drive and the driven machine are also pulled down at the first moment.
  • the control unit receives the feedback "Mains drive machine”
  • the speed specified for the differential drive by its controller is reduced and the torque direction changes by means of the downstream torque controller (e.g. through field vector control of the converter) from a motor to a generator quadrant.
  • monitoring and / or limitation of the design-specific maximum permitted current is preferably (but by no means mandatory) active.
  • the speed specified for the differential drive by a controller is adapted accordingly when the speed of the drive machine is reduced as a result of its connection to the network, in order to ensure the lowest possible load on the differential drive. It is preferably recorded when the drive machine was actually connected to the network, and then the speed specified for the differential drive by the controller is adapted accordingly when the speed of the drive machine is reduced as a result of its connection to the network. Finally, the direction of the torque of the differential drive is changed and the clutch is opened.
  • This embodiment of the invention can also be used in isolation from the present invention, i.e. the adaptation of the frequency of the drive machine to the mains frequency and the subsequent separation of the connection between one drive and the other drive or output and thus represents an independent invention and possibility to protect the drive train from inadmissibly high tension or transient vibrations.
  • the torque (without further active influence on the resulting speed) can be controlled from a motor to a generator quadrant by means of torque control (i.e. the process control system and / or the control device specify a torque) and the differential system then works in Operating mode II.
  • torque control i.e. the process control system and / or the control device specify a torque
  • monitoring and / or limitation of the design-specific maximum permitted speed is preferably (but by no means mandatory) active. This, too, represents an independent invention and possibility of protecting the drive train from inadmissibly high tension or transient vibrations.
  • a change from the control mode of a speed control to the control mode of a torque control or a change in parameterized speed and torque specifications / limits is typically implemented (ie with commercially available industrial drives) in around 20 to 40 milliseconds [ms].
  • This time span results from the cycle times of the control unit of the differential system or the regulation of the Converter. This means that very fast transient changes in status can only be compensated for to a limited extent (ie depending on the cycle times that can be achieved) by changing the control mode. No limits are set here with regard to even shorter cycle times and a reasonable compromise must be achieved between the effort required for measurement and control and the load reduction that can be achieved.
  • this clutch opens automatically as a result of the change in torque direction.
  • a clutch is provided in the additional connection instead of an overrunning clutch, this clutch does not open automatically.
  • a first approach to regulating the differential system is to continue the speed regulation which is active at this point in time. Due to a drop in the speed of the prime mover while it is being connected to the network, the differential drive changes the direction of the torque (e.g. through field vector control of the frequency converter) from a motor to a generator quadrant by means of its torque controller (downstream from the speed controller) and a generator torque is generated as a result a. The motor torque is first regulated towards zero before it changes to the generator quadrant.
  • the speed of the drive machine and / or work machine and / or differential drive can alternatively be monitored and the speed of the differential drive can be "tracked" according to the connection-related fluctuation in the speed of the drive machine preferably "hold” - ie compensate for a drop in speed on the differential drive with a (+) delay typical of a clutch or drive machine.
  • the torque (without further influencing the resulting speed) can be changed from a motor to a torque control by means of a torque control regenerative quadrants are regulated, the system then subsequently working in operating mode II.
  • the direction of the torque of the differential drive is changed when the speed of the drive machine is reduced as a result of its connection to the network.
  • it is preferably recorded when the drive machine was actually connected to the network, and then the direction of the torque of the differential drive is changed.
  • the clutch is then opened.
  • This embodiment of the invention can also be used in isolation from the present invention, i.e. the adaptation of the frequency of the drive machine to the mains frequency and the subsequent separation of the connection between one drive and the other drive or output, and thus represents an independent invention and possibility is to protect the drive train from inadmissibly high tension or transient vibrations.
  • the torque of the differential drive is preferably kept essentially constant in the first moment of connection and, in yet another embodiment variant, is regulated to zero from the point in time of the receipt of the feedback in the control unit that the drive machine is connected to the network. This serves to keep the load in the additional connection and here in particular for the coupling as low as possible before it is opened.
  • the clutch is also preferably designed to limit the torque (for example as a multi-plate clutch with friction linings).
  • the permissible deviation of the connection speed or the resulting frequency of the drive machine is a maximum of + 5.0%, in a preferred embodiment it is a maximum of + 3.0%, in a particularly preferred embodiment it is a maximum of + 5.0% . + 2.0% and especially at max. + 1.0% of the current grid frequency. No limits are set here with regard to even higher accuracy and a reasonable compromise must be achieved between the effort required for measurement and control and the load reduction that can be achieved.
  • the network frequency is recorded in an embodiment variant according to the invention.
  • the following methods can preferably be used here.
  • An exact detection of the network frequency can preferably take place on the one hand by means of a technically suitable measuring device (for example any type of network frequency measuring device) which forwards the currently measured network frequency to the control unit.
  • a technically suitable measuring device for example any type of network frequency measuring device
  • the network frequency detected by the converter of the differential drive is passed on to the control unit.
  • the control unit can preferably carry out a very precise, situation-adapted calculation of the required connection speed of the drive machine. This means that the desired bandwidth of the cut-in speed of the drive machine can be selected to be very small.
  • a desired connection speed of the drive machine can be determined in this case, for example, by using typical values of the mains frequency fluctuation range and on this basis a desired connection speed of the drive machine is determined.
  • Typical values of the network frequency fluctuation range can be, for example, statistical values from historical databases, or they can be determined on the basis of measurement campaigns. From this statistical data, for example, a bandwidth is then determined within which, for example, 90% of the network frequencies occurring in the existing network are preferably located. This bandwidth is used to further determine the limit values for the connection speed of the drive machine.
  • Examples of a typical network frequency fluctuation range (bandwidth) of + 1.0% are:
  • the speed tolerance is determined, among other things, by a high resolution or accuracy of the measuring chain, starting with the frequency measurement or the speed detection through the processing of the measuring signal by means of the control unit up to the speed control of the differential drive.
  • a maximum deviation (speed tolerance) between the currently measured mains frequency or speed and the A cut-in speed of + 0.1% that sets itself on the drive motor is desirable. No limits are set for an accuracy deviating from this, and a reasonable compromise must be achieved between the effort required in terms of measurement or control technology and the load reduction that can be achieved.
  • the speed tolerance described has to be deducted from the limit values of the cut-in speed of the drive machine.
  • the limit values in example (a) shown above decrease from + 2.0% to + 1.9% or in example (b) from -1.5 to -2.0 % to -1.6 to -1.9% of the synchronous speed of the drive machine.
  • Fig. 1 shows the principle of a differential system with a
  • FIG. 2 shows a diagram with a typical control system of a regulation and control unit of a variable-speed drive
  • FIG. 3 shows an embodiment of a differential system according to the invention and FIG. 4 shows a sequence for connecting a drive machine of a differential system.
  • Fig. 1 shows the principle of a differential system with an additional connection for a drive of a pump according to the prior art.
  • the drive train shown consists of a driven machine 1 (in the present example the pump), one Drive shaft 2, a drive machine 4 and a differential drive 5, which are connected to the output or drives of a differential gear 3.
  • the differential drive 5 is connected to a network 12 by means of a converter 6 (consisting of preferably a motor-side and line-side inverter or rectifier - shown here in simplified form as a unit) and a transformer 11.
  • the drive machine 4 can be connected to the network 12 by means of a switch 23.
  • the drive machine 4 is preferably a medium-voltage three-phase machine, which is connected to the network 12, which in the example shown is a medium-voltage network due to a medium-voltage three-phase machine.
  • the selected voltage level depends on the application and, above all, on the performance level of the drive machine 4 and can have any desired voltage level without affecting the basic function of the system according to the invention.
  • a design-specific operating speed range results in accordance with the number of pole pairs of the drive machine 4.
  • the operating speed range is that speed range in which the drive machine 4 can deliver a defined or desired or required torque and in which the electric drive machine 4 is connected to the network or can be synchronized with the network 12.
  • the differential drive 5 is preferably a three-phase machine and in particular an asynchronous machine or a permanent magnet synchronous machine.
  • a hydrostatic adjusting gear can also be used.
  • the differential drive 5 is replaced by a hydrostatic pump / motor combination, which is connected to a pressure line and is preferably adjustable in terms of the flow volume. As in the case of a variable-speed electrical differential drive 5, the speeds can thus be regulated.
  • the core of the differential system in this embodiment is thus a simple planetary gear stage with three drives and outputs, one output with the drive shaft 2 of the machine 1 and a first Drive is connected to the drive machine 4 and a second drive to the differential drive 5.
  • An essential advantage of this concept is that the drive machine 4 can be connected directly to the network 12, that is to say without complex power electronics.
  • the compensation between the variable rotor speed and the fixed speed of the network-connected drive machine 4 is implemented by the variable-speed differential drive 5.
  • the power consumption or output of the differential drive 5 is essentially proportional to the product of the percentage deviation of the speed of the work machine 1 from its basic speed, multiplied by the power of the work machine 1.
  • the basic speed is the speed that is set at the work machine 1, when the differential drive 5 has the speed equal to zero. Accordingly, a large working speed range of the work machine 1 requires a correspondingly large dimensioning of the differential drive 5. If, for example, the differential drive 5 has a nominal output of around 20% of the total system output (nominal output of the work machine 1), this means that, using a so-called field weakening range of the differential drive 5, on the working machine 1, minimum working speeds of about 50% of the nominal working speed can be realized.
  • the speeds at the input and output drives of the differential system are determined by the gear ratios of differential gear 3 and the matching gear (s) downstream thereof. On this basis and on the basis of the required working control range of the work machine 1, the required control speed range of the differential drive 5 and the converter 6 is then obtained.
  • the control speed range is mainly determined by the parameters specified by the manufacturer, such as voltage, current and speed limits, field weakening range, overload capacity, etc.
  • the drive shaft 2 is connected to the sun gear 13 and the drive machine 4 is connected to the ring gear 14 by means of a connecting shaft 19.
  • the planet carrier 16 (with two or more planet gears 15) can be connected to the differential drive 5 ("Variant 5" in the following table) for example 2.5 to 7.5, in particular up to 6.5. With a stepped planetary set, for example, significantly higher gear ratios can also be achieved.
  • a stepped planetary set is characterized in that the planetary gears 15 each have two gears which are connected to one another in a rotationally fixed manner and having different pitch circle diameters, one gear wheel cooperating with the sun gear and the second gear wheel cooperating with the ring gear.
  • the planet carrier 16 can, for example, be made in one piece or in several pieces with components connected to one another in a rotationally test. Since the torque at the planetary carrier 16 is high, it is advantageous to implement a transmission stage 17, 18 between the planetary carrier 16 and the differential drive 5, for example.
  • a matching gear e.g. in the form of a straight, helical or herringbone toothed spur gear stage, is available for this, whereby one gear 17 is connected to the planet carrier 16 and the other gear 18 is connected to the differential drive 5.
  • a matching gear e.g. in the form of a straight, helical or herringbone toothed spur gear stage
  • Adaptation gear stage 17, 18, for example, a multi-stage straight, helical or herringbone gear, a planetary or bevel gear, a chain drive, a V-belt drive, a gearbox, etc., or a combination of these types of gear can be used.
  • a pump is shown symbolically as a working machine 1 in FIGS. 1 and 3 by way of example.
  • the principles described above and below can also be used for drives for other work machines, such as compressors, fans, conveyor belts, mills, crushers and the like.
  • Fig. 1 shows a differential drive 5 with a converter 6.
  • several differential drives 5 can drive the planetary carrier 16, whereby the torque to be transmitted of the adaptation gear stage 17,
  • Differential drives 5 can be distributed uniformly or asymmetrically around the circumference of gear 17.
  • the differential drives 5 are preferably - but not necessarily - controlled by a common converter 6, in which case one differential drive 5 is preferably the so-called “master” and the other differential drive (s) 5 as so-called “slave (s)” s) "act.
  • the differential drives 5 can also be controlled by several motor-side inverters 6 individually or in groups, these motor-side inverters 6 connected to the differential drives 5 preferably having a common network-side connected to the network 12 via a transformer 11 Have rectifiers to which they are connected via a DC voltage intermediate circuit.
  • An additional connection 20 is connected to the connecting shaft 19 and subsequently to the drive machine 4 or the first drive of the differential system.
  • This additional connection 20 can be connected to the differential drive 5 by means of a coupling 22.
  • the clutch 22 can basically anywhere in the power flow between the differential drive 5 and the first drive of the
  • the clutch 22 is preferably designed as a clutch, e.g. in the form of a claw clutch, tooth clutch or multi-disc clutch, or as a freewheel clutch.
  • An overrunning clutch is a clutch that only acts in one direction of rotation.
  • the overrunning clutch can also be designed in the form of a self-synchronizing clutch. This is an overrunning clutch in which, when fully activated, the torque is transmitted via a toothed clutch.
  • the drive machine 4 can also be connected to a transmission intermediate stage of the additional connection 20, the connection of the additional connection 20 to the first drive remaining in place.
  • differential drive 5 is preferably connected to the drive machine 4 via an additional connection 20.
  • at least one second differential drive 5 drives the additional connection 20 via the planetary carrier 16 and the adaptation gear stage 17, 18.
  • several differential drives can also be connected in parallel to, for example, the drive machine 4 by means of a separate additional connection 20.
  • the drive machine 4 can also be connected to the drive shaft 2 by means of an additional connection.
  • the differential drive 5 is connected to the additional connection 20 by closing the clutch 22. By subsequently starting up the differential drive 5, the working machine 1 and the drive machine 4 are also accelerated.
  • the clutch 22 is designed in the form of an overrunning clutch, it automatically transmits the rotary movement of the differential drive 5 to the additional connection 20 or the drive machine 4.
  • the differential system works in the so-called start-up mode (operating mode I).
  • the drive machine 4 is preferably brought to operating speed and then the switch 23 is closed and the drive machine 4 is connected to the network 12. This draws a magnetizing current for a short time when it is connected to the network 12. Although this is higher than the rated current of the drive machine 4, it is only available for a few network periods and is below the current strength that the drive machine 4 would draw if it were connected to the network under load. If necessary, this magnetizing current can be additionally reduced by using recognized technical methods.
  • the clutch 22 is opened and the differential system works in what is known as the differential mode (operating mode II). If the clutch 22 is designed as an overrunning clutch, the connection is released automatically as soon as the speed of the driving part (differential drive 5) is lower than the speed of the part to be driven (additional connection 20).
  • both the drive machine 4 and the work machine 1 coast down in an uncontrolled manner.
  • a brake (not shown) that acts on the second drive of the differential system or on the
  • Differential drive 5 works, use.
  • An alternative solution is to use a (not shown) implemented between the differential drive 5 and the second drive of the differential system. To open the clutch and thereby separate the differential drive (s) 5 from the rest of the differential system.
  • the clutch 22 is designed as an overrunning clutch, its connection is automatically activated as soon as the speed of the driving part (additional connection 20) would be less than the speed of the part to be driven (differential drive 5), which inherently prevents overspeed of the differential drive 5.
  • the clutch 22 is designed as a clutch, it is preferably activated in the event of a malfunction when the speed difference between the output shaft of the additional connection 20 and the differential drive 5 is a minimum (ideally at a speed difference of approximately zero).
  • FIG. 2 shows a diagram with an exemplary regulation scheme of a regulation and control unit of a variable-speed drive of a differential system.
  • a control unit 24 regulates and controls the functions of the differential system. This communicates with a higher-level process control system 25. Among other things, process-relevant status reports and target value specifications are exchanged via this communication interface.
  • the control unit 24 communicates with the converter 6 via a further interface. This further communication interface is also used, among other things, to exchange process-relevant status reports and target value specifications.
  • the control unit 24 preferably decides on the control mode (i.e. between speed control and torque control) or a change in parameterized torque specifications / limits.
  • the control unit 24 can also be part of the converter 6. That is, the control and regulation unit of the converter 6 also takes over the functions of the control unit 24 and the communication with the process control system 25.
  • Differential drive 5 maximum permitted current strength (s) and thus the maximum permitted torque monitored or limited.
  • the converter 6 preferably detects the speed n of the differential drive 5 (for example by means of a
  • Speed measuring device compares this in the speed controller with the speed specification and increases or reduces the torque by means of a downstream torque controller in order to achieve the specified speed.
  • monitoring and / or limitation of the type-specific maximum permissible current intensity is preferably active here (but by no means mandatory). This means that if the maximum permissible current strength is reached (taking into account a possibly time-limited permissible overload), the specified speed cannot be achieved and a speed that can be achieved on the basis of the maximum permissible current strength is set.
  • the control and regulation device of the converter 6 can regulate the torque of the converter 6 in four so-called quadrants, whereby a generator or a motor torque can be set depending on the direction of rotation.
  • the differential drive 5 can also be operated over-synchronously in the so-called field weakening range by means of its converter 6. Typically, this oversynchronous range is limited due to mechanical limits of the differential drive 5, the overspeed limits usually decreasing with increasing system size.
  • the differential system is constructed in the same way as described in FIG. 1.
  • the drive train also consists of a work machine 1, a drive shaft 2, a differential gear 3, an additional connection 20, a motor shaft 19, a drive machine 4, a differential drive 5 and a converter 6.
  • the differential drive 5 is by means of a particularly soft, ie torsional vibration damping , Coupling 31 is connected to the additional connection 20.
  • Coupling 31 is connected to the additional connection 20.
  • the system according to the invention also functions with one or more
  • control device 24 communicates with the converter 6 and the process control system 25.
  • the process control system 25 controls, among other things, the switch 23 in order to connect the drive machine 4 to the network 12 or to disconnect it from the network 12. Alternatively, this can also be controlled by the control device 24 or the converter 6. According to the invention, in the embodiment of FIG. 3, optionally different
  • Measuring devices 26, 27 implemented for the detection of the network frequency of the network 12 (network frequency measuring device). These measuring devices can, for example, be integrated in the converter 6 (measuring device 26), but they can also be positioned at any other point where the current network frequency can be recorded, e.g. in the medium-voltage network 12 (measuring device 27). By precisely recording the current network frequency, it is possible to adapt the connection speed of the drive machine 4 as precisely as possible to the current network frequency and thus avoid unwanted high loads, e.g. drive train vibrations, when the drive machine 4 is connected.
  • network frequency measuring device can, for example, be integrated in the converter 6 (measuring device 26), but they can also be positioned at any other point where the current network frequency can be recorded, e.g. in the medium-voltage network 12 (measuring device 27).
  • one or more speed measuring devices 28, 29 and 30 are possible on the drives and drives of the differential system.
  • only one speed measuring device - preferably the speed measuring device 30 - is required, since the other speeds can be derived therefrom.
  • the speed measuring device 30 can be replaced by a calculation of the speed in the motor-side inverter of the converter 6 - for example on the basis of what is known as an encoderless speed control. 4 shows a sequence for starting up and subsequently connecting the drive machine 4 of a differential system to the network 12 using the example of a steam power plant.
  • a steam power plant is typically controlled by a process control system 25.
  • This process control system 25 also controls the connection of a drive machine 4 of a boiler feed pump as the work machine 1 and connects the drive machine 4 to the network 12 by means of the switch 23.
  • the process control system 25 preferably communicates with the control unit 24.
  • connection process can run according to the following chronology, for example:
  • the drive machine 4 is first accelerated as described with the aid of the differential drive 5. After the drive machine 4 has reached its connection speed, the control unit 24 sends the command "Mains connection drive machine” to the process control system 25 at time 1. Due to a system-related delay in the communication interface, this command is received at time 2 in the process control system.
  • this command is processed in the process control system up to time 3 and the command "close power switch” is sent to power switch 23.
  • This "close power switch” process takes about 80 ms and is at time 4, ie after a total of 590 ms from the start of the connection process, completed.
  • the process control system 25 then reports "Mains switch closed” to the control unit 24. This is done at time 5. This message is then processed in the control unit up to time 6 and a corresponding command is passed on to the coupling 22
  • the clutch 22 will not begin to open until time 7 (after approx. 100 ms). If the clutch is, for example, a standard multi-plate clutch, the transferable torque will drop to approx. 1/3 by time 8 (after e.g. 100ms) and the The clutch must be completely open at time 9 (after, for example, another 300 ms). The complete connection process takes about 1.6 seconds.
  • time sequences shown in FIG. 4 are an example and can differ significantly from the processes and time sequences shown, both as a result of the operation and of the system. This means that certain processes can take much longer, but can also be shortened or skipped according to the invention.
  • the system control in the control device of the differential system
  • the differential system does not know between times “1” and “6” whether or when exactly the drive machine is or has been connected. This means that the differential system remains "tense” for a longer or shorter period of time and is therefore burdened with transient drive train vibrations.
  • an improvement can be achieved by measuring the speed of the drive train, ie of the work machine 1 and / or the drive machine 4 and / or the differential drive 5 in the connection phase by means of a speed measuring device 28, 29, 30 (and / or a speed from which one can derive the engagement-related drop in speed) monitored or a desired target speed for the differential drive 5 derived accordingly.
  • This desired target speed is preferably calculated from the speed of the drive train and the gear ratios of the differential gear 3 plus any adaptation gear stages implemented.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)
  • Hydraulic Clutches, Magnetic Clutches, Fluid Clutches, And Fluid Joints (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Asynchronmaschine (4) eines Triebstranges mit einem elektrischen Netz (12), bei dem der Triebstrang eine Antriebswelle (2) einer Arbeitsmaschine (1), die Antriebsmaschine (4), einen Differenzialantrieb (5) und ein Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben aufweist, von denen ein Abtrieb mit der Antriebswelle (2), ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine (4) und ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb (5) verbunden ist, bei dem die Antriebsmaschine (4) in einer ersten Phase von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird, während ein Antrieb gleichzeitig mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden und die Antriebsmaschine (4) in dieser Phase vom Netz (12) getrennt ist, bei dem in einer zweiten Phase die Antriebsmaschine (4) mit dem Netz (12) verbunden und die Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb getrennt wird, und bei dem die Drehzahl wenigstens eines An- und/oder Abtriebes ermittelt wird, wird die Netzfrequenz erfasst und die Antriebsmaschine (4) mit dem Netz (12) verbunden, wenn die sich die aus der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) ergebende Frequenz um weniger als ± 5,0% von der Netzfrequenz abweicht. Anschließend wird die Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb getrennt.

Description

VERFAHREN ZUM VERBINDEN EINER ELEKTRISCHEN ASYNCHROMASCHINE EINES
TRIEBSTRANGES MIT EINEM ELEKTRISCHEN NETZ
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Asynchronmaschine eines Triebstranges mit einem elektrischen Netz, wobei der Triebstrang eine Antriebswelle einer Arbeitsmaschine, die Antriebsmaschine, einen Differenzialantrieb und ein
Differenzialgetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben aufweist, von denen ein Abtrieb mit der Antriebswelle, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine und ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb verbunden ist, wobei die Antriebsmaschine in einer ersten Phase von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird, während ein Antrieb gleichzeitig mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden und die Antriebsmaschine in dieser Phase vom Netz getrennt ist, wobei in einer zweiten Phase die Antriebsmaschine mit dem Netz verbunden und die Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb getrennt wird, und wobei die Drehzahl wenigstens eines An- und/oder Abtriebes ermittelt wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Triebstrang mit einer Antriebswelle einer Arbeitsmaschine, mit einer Antriebsmaschine und mit einem Differenzialgetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb verbunden ist, mit einer Kupplung, über die ein Antrieb gleichzeitig mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden ist, mit wenigstens einer Einrichtung zum Erfassen einer Drehzahl wenigstens eines An- und/oder Abtriebes, und mit einer Steuerung zum Steuern des Differenzialantriebes und gegebenenfalls Öffnen der Kupplung.
In der WO 2016/172742 Al wird ein Verfahren zum Anfahren eines Triebstranges mit einem Differenzialsystem mit einer Antriebswelle einer Arbeitsmaschine, mit einer Antriebsmaschine und mit einem Differenzialgetriebe mit drei An- bzw. Abtrieben beschrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb verbindbar ist. Bei diesem Verfahren arbeitet das Differenzialsystem in einer ersten Phase in einem Betriebsmodus I, in dem ein Differenzialantrieb eine elektrische Antriebsmaschine und eine Arbeitsmaschine anfährt bzw. im unteren Teillastbereich antreibt, bis die Antriebsmaschine ihre Zuschaltdrehzahl erreicht hat. Die Zuschaltdrehzahl ist jene Drehzahl einer Antriebsmaschine, bei der diese mit dem Netz verbunden wird und die bauartspezifisch variieren kann. Die zeitgleiche Beschleunigung von Arbeitsmaschine und Antriebsmaschine wird durch eine Zusatzverbindung realisiert. Diese Zusatzverbindung ist ein Getriebe, über das beispielsweise der Differenzialantrieb - zusätzlich zu seiner Verbindung mit dem Differenzialgetriebe - mit der Antriebsmaschine mittels einer Kupplung verbunden werden kann. In einer zweiten Phase wird die Antriebsmaschine mit dem Netz verbunden. In einer dritten Phase wird im Betriebsmodus II das System im Differenzialmodus bis zu einem maximalen Drehmoment bzw. bei maximaler Antriebsdrehzahl betrieben.
Wird eine Synchron-Drehstrommaschine als Antriebsmaschine eingesetzt, wird diese auf ihre Zuschaltdrehzahl gebracht und anschließend, gemäß anerkannten Regeln der Technik, mit dem Netz synchronisiert und stoßfrei ans Netz geschaltet. Der Differenzialantrieb hilft dabei, die Antriebsmaschine mit dem Netz zu synchronisieren, indem dieser die Drehzahl und vorzugsweise auch den Phasenwinkel der Antriebsmaschine regelt und mit dem Netz synchronisiert. Eine Synchronisiereinrichtung misst dabei vorzugsweise den Phasenwinkel von Netz und Antriebsmaschine und verbindet diese, sobald die Phasenwinkel im Wesentlichen synchron sind.
Ist die Antriebsmaschine als Asynchron-Drehstrommaschine ausgeführt, wird diese auf ihre Zuschaltdrehzahl gebracht, anschließend ein Netzschalter geschlossen und damit die Antriebsmaschine mit dem Netz verbunden. Diese zieht, sobald sie mit dem Netz verbunden ist, kurzzeitig einen hohen Magnetisierungsstrom. Darüber hinaus verursacht die Magnetisierung der Antriebsmaschine einen kurzzeitigen Einbruch der Drehzahl der Antriebsmaschine, welche sich (aufgrund der Trägheitsmasse des Rotors der Antriebsmaschine) in weiterer Folge wieder erhöht und auf ihre leistungs- bzw. schlupfabhängige Betriebsdrehzahl einpendelt. Der Magnetisierungsstrom kann abhängig von der Bauart und der Type der Antriebsmaschine bei einem Start von Drehzahl gleich Null bis zum rund 10-fachen des Nennstromes der Antriebsmaschine erreichen. Die Höhe und die Dauer des Magnetisierungsstromes hängen darüber hinaus davon ab, ob eine Last (Arbeitsmaschine) mit hochgezogen, bzw. bei welcher Drehzahl die Antriebsmaschine an das Netz geschaltet wird. Wird, wie in dem in der WO 2016/172742 Al vorgeschlagenen Verfahren, von der Antriebsmaschine keine Last mit hochgezogen, ändert sich die Höhe des Einschaltstromes innerhalb der Drehzahlgrenzen von z.B. 90% bis 110% der Synchrondrehzahl nicht wesentlich. Daher ist zu verstehen, dass gemäß Stand der Technik beim Synchronisieren bzw. ans Netz Schalten von Asynchron-Drehstrommaschine bezüglich der Zuschaltdrehzahl keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden.
In der DE 102016213 639 Al ist beschrieben, dass, wenn die Drehzahl an der Eingangswelle in den Bereich der Nenndrehzahl der Hauptantriebsmaschine kommt, diese ans elektrische Netz geschaltet werden kann. Weiters ist darin beschrieben, dass es vorteilhaft ist, wenn die Antriebsvorrichtung so ausgeführt ist, dass von den drei Drehzahlen der Hauptantriebsmaschine, der Ausgangswelle und des Hilfsantriebs zumindest zwei Drehzahlen erfasst oder gemessen werden. Die dritte notwendige Drehzahl am Planetengetriebe kann über die Drehzahlgleichungen (Willis-Gleichungen) bestimmt werden. Die Erfassung oder Messung kann insbesondere mit Hilfe von Impulsgebern am Antrieb und/oder Drehzahlsensoren erfolgen.
Eine Steuereinheit des Differenzialsystems gibt beispielsweise eine Meldung an ein übergeordnetes Prozessleitsystem, sobald die Antriebsmaschine ihre Zuschaltdrehzahl erreicht hat. In weiterer Folge wird die Kupplung in der Zusatzverbindung vorzugsweise erst geöffnet, nachdem vom Prozessleitsystem eine Rückmeldung in der Steuereinheit angekommen ist, dass die Antriebsmaschine am Netz ist. Währenddessen ist die Antriebsmaschine jedoch schon mit dem Netz verbunden - diese Verzögerung kann mehrere 1/10 Sekunden, eventuell auch mehrere Sekunden, andauern. Vorzugsweise ist hier eine möglichst kurze Zeitspanne zu realisieren. Der Differenzialantrieb arbeitet zum Zweck der Zuschaltung der Antriebsmaschine vorzugsweise mit Drehzahlregelung. Sobald die Antriebsmaschine bei geschlossener Kupplung zuschaltet, verspannt sich das Differenzialsystem. Dadurch wird die Servodrehzahl im ersten Moment von der Antriebsmaschine (aufgrund der Magnetisierung der Antriebsmaschine) und der Arbeitsmaschine nach unten gezogen (Drehzahl wird kleiner) und es stellt sich in weiterer Folge eine von der Belastung abhängige Betriebsdrehzahl der Antriebsmaschine ein, die schlupfbedingt kleiner als deren Synchrondrehzahl/Nenndrehzahl ist.
Ist die Zuschaltdrehzahl deutlich übersynchron, wird die Betriebsdrehzahl der Antriebsmaschine tendenziell weiter sinken. Ist die Zuschaltdrehzahl untersynchron, wird die Betriebsdrehzahl der Antriebsmaschine tendenziell steigen.
Unter synchroner Zuschaltdrehzahl versteht man die Drehzahl der Antriebsmaschine, die sich aufgrund der Polpaarzahl der Antriebsmaschine und einer aktuellen Netzfrequenz ergibt. So ist z.B. für eine 4-polige Drehstrommaschine die synchrone Zuschaltdrehzahl bei einer Nenn-Netzfrequenz von 50 Hz 1.5001/min, bei einer Netzfrequenz von 49 Hz 1.4851/min und bei einer Nenn-Netzfrequenz von 60Hz 1.800 1/min. Eine untersynchrone Zuschaltdrehzahl ist niedriger und eine übersynchrone Zuschaltdrehzahl höher als die synchrone Zuschaltdrehzahl.
Gemäß EN50160 darf die Abweichung der Netzfrequenz in Netzen mit synchroner Anbindung +1% von 50Hz betragen. Maximal 0,5% des Jahres darf die Netzfrequenz zwischen +4% und -6% abweichen. In z.B. asiatischen Netzen können diese Abweichungen größer sein.
Im Falle des erfindungsgemäßen Differenzialsystems sind zu große Abweichungen bei geschlossener Zusatzverbindung nicht optimal, da sich das Differenzialsystem verspannt, sobald die Antriebsmaschine zugeschaltet wird. In Folge des Zuschaltens der Antriebsmaschine entstehen daher große transiente Triebstrangbelastungen. Das heißt jedoch, dass die Netzfrequenz zum Zeitpunkt der Zuschaltung der Antriebsmaschine an das Netz einen wesentlichen Einfluss auf das Umschaltverhalten (Übergang vom Betriebsmodus I auf den Betriebsmodus II) des Differenzialsystems hat. Kommt in einem Differenzialsystem eine asynchrone Drehstrommaschine als Antriebsmaschine zum Einsatz, ist es daher aus den beschriebenen Gründen nicht optimal, die Antriebsmaschine auf eine vordefinierte Zuschaltdrehzahl, insbesondere ihre Nenndrehzahl, (z.B. erfasst durch einen Drehzahlsensor an der Antriebsmaschine oder rechnerisch abgeleitet aus der Drehzahl des Differenzialantriebes) zu beschleunigen, da hier nicht gewährleistet werden kann, dass die Drehzahl der Antriebsmaschine nahe genug an der aktuellen Netzfrequenz liegt, um einen für den Triebstrang sanften Übergang vom Betriebsmodus I in den Betriebsmodus II zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Zuschalten der Arbeitsmaschine an das Netz zu verbessern, d.h. die Belastung des Differentialsystems zu verringern.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Diese Aufgabe wird des Weiteren mit einem Triebstrang mit den Merkmalen des Anspruches 19 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Netzfrequenz erfasst und die Antriebsmaschine wird erst mit dem Netz verbunden, wenn die sich die aus der Drehzahl der Antriebsmaschine ergebende Frequenz um weniger als + 5% von der Netzfrequenz abweicht, worauf die Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb getrennt wird. Der Triebstrang weist dazu eine Einrichtung zum Erfassen der Netzfrequenz und einen Komparator in der Steuerung auf, der prüft, ob sich die aus der Drehzahl der Antriebsmaschine ergebende Frequenz von der Netzfrequenz um weniger als + 5% abweicht.
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich das
Differenzialsystem verspannt, sobald die Antriebsmaschine zugeschaltet wird, und große transiente Triebstrangbelastungen können vermieden werden. Darüber hinaus macht es einen Unterschied, welche Art von Kupplung in der Zusatzverbindung eingesetzt wird.
Für Freilaufkupplungen gilt: je weiter die Zuschaltung innerhalb bestimmter systemabhängiger Grenzen im untersynchronen Bereich liegt, desto niedriger ist die Belastung von Differenzialantrieb und Kupplung und desto besser kann der Drehzahlbereich des Differenzialantriebes genutzt werden, da dieser im Zuge der Zuschaltung der Antriebsmaschine mit einer niedrigeren Drehzahl startet. Erfindungsgemäß empfiehlt es sich daher bei Einsatz einer Freilaufkupplung, die Antriebsmaschine untersynchron - vorzugsweise aktuelle Netzfrequenz -0,5% bis -3,0% - ans Netz zu schalten. Durch die untersynchrone Zuschaltung überholt die Antriebsmaschine, sobald sie ans Netz geschaltet wird, den differenzialantriebsseitigen Teil der Freilaufkupplung und trennt damit automatisch die Zusatzverbindung zwischen Antriebsmaschine und Differenzialantrieb.
Vorzugsweise wird in dieser Phase der Differenzialantrieb mit sogenannter Drehzahlregelung betrieben - d.h. das Prozessleitsystem und/oder die Steuereinrichtung geben eine Drehzahl vor, und die Regelungs- und Steuerungseinheit des Differenzialantriebes versucht, diese Drehzahl möglichst genau einzustellen.
Aufgrund des magnetisierungsbedingten Drehzahleinbruches, d.h. der Verringerung der Drehzahl der Antriebsmaschine während deren Zuschaltung an das Netz werden im ersten Moment auch die Drehzahlen des Differenzialantriebes und der Arbeitsmaschine nach unten gezogen. Sobald vorzugsweise in der Steuereinheit die Rückmeldung „Antriebsmaschine am Netz" eingegangen ist, wird die dem Differenzialantrieb von dessen Steuerung vorgegebene Drehzahl reduziert und mittels des nachgelagerten Drehmomentreglers wechselt die Richtung des Drehmomentes (durch z.B. Feldvektorregelung des Umrichters) von einem motorischen in einen generatorischen Quadranten. Während des Zuschaltvorganges ist vorzugsweise (jedoch keinesfalls zwingend) eine Überwachung und/oder Begrenzung des bauartspezifisch maximal erlaubten Stromes (v.a. für den Umrichter) aktiv. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher die dem Differenzialantrieb von einer Steuerung vorgegebene Drehzahl bei einer Verringerung der Drehzahl der Antriebsmaschine als Folge ihrer Verbindung mit dem Netz entsprechend angepasst, um eine möglichst geringe Belastung des Differenzialantriebes zu gewährleisten. Es wird bevorzugt erfasst, wann die Antriebsmaschine tatsächlich mit dem Netz verbunden wurde, und anschließend wird die dem Differenzialantrieb von der Steuerung vorgegebene Drehzahl bei der Verringerung der Drehzahl der Antriebsmaschine als Folge ihrer Verbindung mit dem Netz entsprechend angepasst. Abschließend wird dann die Richtung des Drehmomentes des Differenzialantriebes geändert und die Kupplung geöffnet. Diese Ausführungsform der Erfindung kann auch isoliert von der gegenständlichen Erfindung, also der Anpassung der Frequenz der Antriebsmaschine an die Netzfrequenz und der anschließenden Trennung der Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb eingesetzt werden und stellt somit eine eigenständige Erfindung und Möglichkeit dar, den Triebstrang vor einer unzulässig hohen Verspannung bzw. transienten Schwingungen zu schützen.
Alternativ kann auch das Drehmoment (ohne weitere aktive Einflussnahme auf die sich dadurch einstellende Drehzahl) mittels Drehmomentregelung (d.h. das Prozessleitsystem und/oder die Steuereinrichtung geben ein Drehmoment vor) von einem motorischen in einen generatorischen Quadranten geregelt werden und das Differenzialsystem arbeitet in weiterer Folge im Betriebsmodus II. Dabei ist auch hier vorzugsweise (jedoch keinesfalls zwingend) eine Überwachung und/oder Begrenzung der bauartspezifisch maximal erlaubten Drehzahl (vor allem für den Differenzialantrieb) aktiv. Auch dies stellt eine eigenständige Erfindung und Möglichkeit dar, den Triebstrang vor einer unzulässig hohen Verspannung bzw. transienten Schwingungen zu schützen.
Generell ist festzuhalten, dass ein Wechsel vom Regelungsmodus einer Drehzahlregelung in den Regelungsmodus einer Drehmomentregelung bzw. eine Änderung von parametrierten Drehzahl- und Drehmomentvorgaben/- limits typischerweise (d.h. bei kommerziell verfügbaren Industrieantrieben) in etwa 20 bis 40 Millisekunden [ms] realisiert wird. Diese Zeitspanne ergibt sich aus den Zykluszeiten der Steuereinheit des Differenzialsystems bzw. der Regelung des Umrichters. Damit sind sehr schnelle transiente Zustandsänderungen nur bedingt (d.h. abhängig von den realisierbaren Zykluszeiten) mittels Umstellung des Regelungsmodus auszugleichen. Dabei werden hier bezüglich noch geringerer Zykluszeiten keine Grenzen gesetzt und es muss ein vernünftiger Kompromiss zwischen mess- bzw. regelungstechnischem Aufwand und erzielbarer Lastreduktion erzielt werden.
Ist in der Zusatzverbindung eine Freilaufkupplung vorgesehen, so öffnet sich diese Kupplung infolge des Drehmoment-Richtungswechsels selbständig.
Ist in der Zusatzverbindung anstelle einer Freilaufkupplung eine Schaltkupplung vorgesehen, so öffnet sich diese Kupplung nicht selbständig. Ein erster Ansatz einer Regelung des Differenzialsystems ist in diesem Fall, die zu diesem Zeitpunkt aktive Drehzahlregelung weiter zu führen. Aufgrund eines Drehzahleinbruches der Antriebsmaschine während deren Zuschaltung an das Netz ändert der Differenzialantrieb mittels seines (dem Drehzahlregler nachgelagerten) Drehmomentreglers die Richtung des Drehmomentes (durch z.B. Feldvektorregelung des Frequenzumrichters) von einem motorischen in einen generatorischen Quadranten und es stellt sich in weiterer Folge ein generatorisches Drehmoment ein. Dabei wird das motorische Drehmoment zuerst gegen Null geregelt, bevor es in den generatorischen Quadranten wechselt.
Erfindungsgemäß kann alternativ die Drehzahl von Antriebsmaschine und/oder Arbeitsmaschine und/oder Differenzialantrieb überwacht und die Drehzahl des Differenzialantriebes entsprechend der zuschaltungsbedingten Schwankung der Drehzahl der Antriebsmaschine „nachgeführt" werden. Dabei kann man erfindungsgemäß typische Zuschaltzeiten und Drehzahleinbrüche kalkulieren und/oder messtechnisch erfassen und diese vorzugsweise „Vorhalten" - d.h. einen Drehzahleinbruch am Differenzialantrieb mit einer kupplungs- bzw. antriebsmaschinen-typischen (+)Verzögerung kompensieren.
Erfindungsgemäß kann alternativ auch das Drehmoment (ohne weitere Einflussnahme auf die sich dadurch einstellende Drehzahl) mittels einer Drehmomentregelung von einem motorischen in einen generatorischen Quadranten geregelt werden, wobei das System dann in weiterer Folge im Betriebsmodus II arbeitet.
Dementsprechend wird in einer erfindungsgemäßen Durchführungsform des Verfahrens die Richtung des Drehmomentes des Differenzialantriebes bei einer Verringerung der Drehzahl der Antriebsmaschine als Folge ihrer Verbindung mit dem Netz geändert. Bevorzugt wird dabei erfasst, wann die Antriebsmaschine tatsächlich mit dem Netz verbunden wurde, und anschließend wird die Richtung des Drehmomentes des Differenzialantriebes geändert. Dabei wird die Kupplung geöffnet.
Auch diese Ausführungsform der Erfindung kann auch isoliert von der gegenständlichen Erfindung, also der Anpassung der Frequenz der Antriebsmaschine an die Netzfrequenz und der anschließenden Trennung der Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb eingesetzt werden und stellt somit eine eigenständige Erfindung und Möglichkeit dar, den Triebstrang vor einer unzulässig hohen Verspannung bzw. transienten Schwingungen zu schützen.
In noch einer weiteren erfindungsgemäßen Variante wird das Drehmoment des Differenzialantriebes vorzugsweise im ersten Moment der Zuschaltung im Wesentlichen konstant gehalten und in noch einer weiteren Ausführungsvariante ab dem Zeitpunkt des Eingangs der Rückmeldung in der Steuereinheit, dass die Antriebsmaschine am Netz ist, gegen Null geregelt. Dies dient dazu, die Belastung in der Zusatzverbindung und hier insbesondere für die Kupplung möglichst gering zu halten, bevor diese geöffnet wird.
Generell gilt beim Einsatz von Schaltkupplungen: je näher die Zuschaltung an der synchronen Drehzahl erfolgt, desto besser kann der Drehzahlbereich des Differenzialantriebes genutzt werden, bei gleichzeitig möglichst geringer Belastung von Kupplung und Differenzialantrieb. Weiters gilt für Schaltkupplungen: je weiter die Zuschaltung innerhalb bestimmter systemabhängiger Grenzen im untersynchronen Bereich erfolgt, desto höher sind die Systembelastungen - v.a. für die Kupplung. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß die Schaltkupplung auch vorzugsweise drehmomentbegrenzend (z.B. als Lamellenkupplung mit Reibbelägen) ausgeführt.
In jedem Fall verursacht die Zuschaltung einer Asynchronmaschine als Antriebsmaschine wesentliche transiente Triebstrangschwingungen. Um dabei ein großes Überschwingen des Drehmomentes im Triebstrang und insbesondere in der Zusatzverbindung zu vermeiden, empfiehlt es sich daher erfindungsgemäß, die Antriebsmaschine möglichst synchron ans Netz zu schalten. Hierbei machen kleine Drehzahldifferenzen einen großen Unterschied bzgl. (a) sanftem Übergang zwischen Betriebsmodus I und Betriebsmodus II (z.B. möglichst kleine Drehzahlschwankungen für die Pumpe) bzw. (b) daraus resultierender Belastung des Systems.
Aus diesem Grund liegt bei der Erfindung die zulässige Abweichung der Zuschaltdrehzahl bzw. der sich daraus ergebenden Frequenz der Antriebsmaschine bei max. + 5,0%, in einer bevorzugten Ausführungsvariante bei max. + 3,0%, in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante bei max. + 2,0% und insbesondere bei max. + 1,0% der aktuellen Netzfrequenz. Dabei werden hier bezüglich noch höherer Genauigkeit keine Grenzen gesetzt und es muss ein vernünftiger Kompromiss zwischen mess- bzw. regelungstechnischem Aufwand und erzielbarer Lastreduktion erzielt werden.
Um die Zuschaltbedingungen zu erfüllen, wird in einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante die Netzfrequenz erfasst. Dabei sind vorzugsweise folgende Methoden anwendbar.
Eine genaue Erfassung der Netzfrequenz kann vorzugsweise einerseits mittels technisch geeigneter Messeinrichtung (z.B. jede Art von Netzfrequenz-Messgerät) erfolgen, die die aktuell gemessene Netzfrequenz an die Steuereinheit weitergibt. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante wird die vom Umrichter des Differenzialantriebes erfasste Netzfrequenz an die Steuereinheit weitergeleitet. Damit kann vorzugsweise die Steuereinheit eine sehr genaue situationsangepasste Berechnung der erforderlichen Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine durchführen. Damit kann man die gewünschte Bandbreite der Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine sehr klein wählen. Andererseits ist es in vielen Fällen ausreichend, die Drehzahl von zumindest einem der Antriebe bzw. des Abtriebes möglichst genau zu erfassen. Eine gewünschte Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine kann man in diesem Fall z.B. dadurch bestimmen, indem man typische Werte der Netzfrequenz-Schwankungsbreite heranzieht und auf dieser Basis eine gewünschte Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine ermittelt. Typische Werte der Netzfrequenz-Schwankungsbreite können dabei z.B. statistische Werte aus historischen Datenbanken sein, oder auf Basis von Messkampagnen ermittelt werden. Von diesen statistischen Daten wird dann z.B. eine Bandbreite ermittelt, innerhalb der vorzugsweise z.B. 90% der im vorhandenen Netz auftretenden Netzfrequenzen liegen. Diese Bandbreite wird zur weiteren Bestimmung der Grenzwerte für die Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine herangezogen.
Beispiele für eine beispielhafte typische Netzfrequenz- Schwankungsbreite (Bandbreite) von +1,0% sind:
(a) Wählt man die Bandbreite der gewünschten Zuschaltdrehzahl von maximal +3,0%, so wird man in diesem Beispiel die Grenzwerte für die Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine mit +2,0% der Synchrondrehzahl der Antriebsmaschine festlegen.
(b) Wählt man die Bandbreite der gewünschten Zuschaltdrehzahl von -0,5 bis -3,0%, so wird man in diesem Beispiel die Grenzwerte für die Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine mit -1,5 bis -2,0% der Synchrondrehzahl der Antriebsmaschine festlegen.
Um die beschriebenen Vorgaben bezüglich zulässiger Abweichung der Zuschaltdrehzahl einhalten zu können, ist vorzugsweise auf eine möglichst geringe Drehzahltoleranz zu achten. Die Drehzahltoleranz wird u.a. bestimmt durch eine hohe Auflösung bzw. Genauigkeit der Messkette, beginnend bei der Frequenzmessung bzw. der Drehzahlerfassung über die Verarbeitung des Messsignals mittels Steuereinheit bis hin zur Drehzahlregelung des Differenzialantriebes. In einem Antriebssystem (elektrischer Motor und Umrichter) gemäß Stand der Technik ist dabei eine maximale Abweichung (Drehzahltoleranz) zwischen der aktuell gemessenen Netzfrequenz bzw. Drehzahl und der sich am Antriebsmotor einstellenden Zuschaltdrehzahl von +0,1% erwünscht. Dabei werden einer hiervon abweichenden Genauigkeit keine Grenzen gesetzt und es muss ein vernünftiger Kompromiss zwischen mess- bzw. regelungstechnischem Aufwand und erzielbarer Lastreduktion erzielt werden.
Die beschriebene Drehzahltoleranz ist von den Grenzwerten der Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine noch in Abzug zu bringen. D.h. bei einer Drehzahltoleranz von +0,1% verringern sich die Grenzwerte im oben gezeigten Beispiel (a) von +2,0% auf +1,9% bzw. im Beispiel (b) von -1,5 bis -2,0% auf -1,6 bis -1,9% der Synchrondrehzahl der Antriebsmaschine.
Unter der Annahme, dass die Drehzahltoleranz +0,1% beträgt, ist bei Erfassung der Netzfrequenz die bestmöglich wählbare Bandbreite der Zuschaltdrehzahl +0,1%.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die angeschlossenen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 das Prinzip eines Differenzialsystems mit einer
Zusatzverbindung für einen Antrieb einer Pumpe gemäß Stand der Technik,
Fig. 2 ein Diagramm mit einer typischen Regelungssystematik einer Regelungs- und Steuerungseinheit eines drehzahlvariablen Antriebes,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialsystems und Fig. 4 einen Ablauf für eine Zuschaltung einer Antriebsmaschine eines Differenzialsystems.
Fig. 1 zeigt das Prinzip eines Differenzialsystems mit einer Zusatzverbindung für einen Antrieb einer Pumpe gemäß Stand der Technik. Der dargestellte Triebstrang besteht aus einer angetriebenen Arbeitsmaschine 1 (im vorliegenden Beispiel also der Pumpe), einer Antriebswelle 2, einer Antriebsmaschine 4 und einem Differenzialantrieb 5, die mit den Ab- bzw. Antrieben eines Differenzialgetriebes 3 verbunden sind. Der Differenzialantrieb 5 ist mittels eines Umrichters 6 (bestehend aus vorzugsweise motorseitigem und netzseitigem Wechselrichter bzw. Gleichrichter - hier vereinfacht als Einheit dargestellt) und eines Transformators 11 an ein Netz 12 angeschlossen.
Die Antriebsmaschine 4 ist mittels eines Schalters 23 mit dem Netz 12 verbindbar. Die Antriebsmaschine 4 ist vorzugsweise eine Mittelspannungs-Drehstrommaschine, die an das Netz 12, welches im gezeigten Beispiel aufgrund einer Mittelspannungs-Drehstrommaschine ein Mittelspannungsnetz ist, angeschlossen wird. Das gewählte Spannungsniveau hängt vom Einsatzfall und vor allem vom Leistungsniveau der Antriebsmaschine 4 ab und kann ohne Einfluss auf die Grundfunktion des erfindungsgemäßen Systems jedes gewünschte Spannungsniveau haben. Entsprechend der Polpaarzahl der Antriebsmaschine 4 ergibt sich ein bauartspezifischer Betriebsdrehzahlbereich. Der Betriebsdrehzahlbereich ist jener Drehzahlbereich, in dem die Antriebsmaschine 4 ein definiertes bzw. gewünschtes oder erforderliches Drehmoment liefern kann, und in dem die elektrische Antriebsmaschine 4 mit dem Netz verbunden ist bzw. mit dem Netz 12 synchronisiert werden kann.
Der Differenzialantrieb 5 ist vorzugsweise eine Drehstrommaschine und insbesondere eine Asynchronmaschine oder eine permanentmagneterregte Synchronmaschine.
Anstelle des Differenzialantriebes 5 kann auch ein hydrostatisches Stellgetriebe eingesetzt werden. Dabei wird der Differenzialantrieb 5 durch eine hydrostatische Pumpe/Motor-Kombination ersetzt, die mit einer Druckleitung verbunden und vorzugsweise im Durchflussvolumen verstellbar sind. Damit sind, wie im Falle eines drehzahlvariablen, elektrischen Differenzialantriebes 5, die Drehzahlen regelbar.
Der Kern des Differenzialsystems ist in dieser Ausführungsform somit eine einfache Planetengetriebestufe mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle 2 der Arbeitsmaschine 1, ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine 4 und ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb 5 verbunden ist. Wesentlicher Vorteil dieses Konzeptes ist, dass die Antriebsmaschine 4 direkt, das heißt ohne aufwändige Leistungselektronik, an das Netz 12 angebunden werden kann. Der Ausgleich zwischen variabler Rotordrehzahl und fixer Drehzahl der netzgebundenen Antriebsmaschine 4 wird durch den drehzahlvariablen Differenzialantrieb 5 realisiert.
Mit einer von der Antriebsmaschine 4 bestimmten Drehzahl des mit der Antriebsmaschine 4 verbundenen Hohlrades 14 und einer betriebsbedingt geforderten Drehzahl des mit der Arbeitsmaschine 1 verbundenen Sonnenrades 13 ergibt sich zwangsläufig eine einzustellende Drehzahl bzw. ein einzustellendes Drehmoment am mit dem Differenzialantrieb 5 verbundenen Planetenträger 16, die vom Differenzialantrieb 5 zu regeln sind. Die Drehmomente an den Ab- und Antrieben sind zueinander proportional, wodurch der Differenzialantrieb 5 auch das Drehmoment im gesamten Triebstrang regeln kann.
Die Leistungsaufnahme bzw. -abgabe des Differenzialantriebes 5 ist im Wesentlichen proportional zum Produkt aus prozentueller Abweichung der Drehzahl der Arbeitsmaschine 1 von deren Grunddrehzahl, multipliziert mit der Leistung der Arbeitsmaschine 1. Die Grunddrehzahl ist dabei die Drehzahl, die sich an der Arbeitsmaschine 1 einstellt, wenn der Differenzialantrieb 5 die Drehzahl gleich Null hat. Dementsprechend erfordert ein großer Arbeitsdrehzahlbereich der Arbeitsmaschine 1 eine entsprechend große Dimensionierung des Differenzialantriebes 5. Hat der Differenzialantrieb 5 beispielsweise eine Nennleistung von rund 20% der System-Gesamtleistung (Nennleistung der Arbeitsmaschine 1), bedeutet dies unter Ausnutzung eines sogenannten Feldschwächebereichs des Differenzialantriebes 5, dass an der Arbeitsmaschine 1 minimale Arbeitsdrehzahlen von etwa 50% der Arbeits-Nenndrehzahl realisiert werden können. Die Drehzahlen an den An- und Abtrieben des Differenzialsystems werden durch die Übersetzungsverhältnisse von Differenzialgetriebe 3 und dem oder den diesem nachgelagerten Anpassungsgetriebe(n) bestimmt. Auf dieser Basis und auf Basis des geforderten Arbeitsregelbereiches der Arbeitsmaschine 1 ergibt sich in weiterer Folge der erforderliche Regeldrehzahlbereich des Differenzialantriebes 5 und des Umrichters 6. Der Regeldrehzahlbereich wird dabei vor allem durch die vom Hersteller spezifizierten Parameter, wie Spannungs-, Strom- und Drehzahlgrenzen, Feldschwächebereich, Überlastfähigkeit, etc. bestimmt.
Aufgrund der Tatsache, dass man mit höherpoligen Drehstrommaschinen standardmäßig meist eine höhere prozentuelle Überdrehzahl erreicht (aufgrund mechanischer Erfordernisse), kann man mit höherpoligen Drehstrommaschinen meist einen größeren Feldschwächebereich realisieren. Dies wirkt sich entsprechend positiv auf die Dimensionierung des Differenzialantriebes 5 und des Umrichters 6 aus.
Da in dem ausgeführten Beispiel die Arbeitsmaschine 1 mit einer Drehzahl betrieben wird, die deutlich über der synchronen Drehzahl der Antriebsmaschine 4 liegt, wird die Antriebswelle 2 mit dem Sonnenrad 13 und die Antriebsmaschine 4 mittels einer Verbindungswelle 19 mit dem Hohlrad 14 verbunden. Der Planetenträger 16 (mit zwei oder mehr Planetenrädern 15) ist mit dem Differenzialantrieb 5 verbindbar (in folgender Tabelle „Variante 5"). Damit kann man auf einfache Weise mit einer Planetengetriebestufe und ohne einem optionalen Anpassungsgetriebe eine Übersetzung zwischen Antriebsmaschine 4 und Arbeitsmaschine 1 von beispielsweise 2,5 bis 7,5, insbesondere bis 6,5, erreichen. Mit beispielsweise einem Stufenplanetensatz sind darüber hinaus noch wesentlich höhere Übersetzungsverhältnisse erreichbar. Ein Stufenplanetensatz ist dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder 15 jeweils zwei Zahnräder aufweisen, die drehfest miteinander verbunden sind und unterschiedliche Teilkreisdurchmesser aufweisen, wobei ein Zahnrad mit dem Sonnenrad und das zweite Zahnrad mit dem Hohlrad zusammenwirkt.
Die folgende Tabelle zeigt mögliche Kombinationen der Kopplung des Planetenträgers 16, des Sonnenrades 13 und des Hohlrades 14 mit dem Rotor 1 [R], dem Differenzialantrieb 5 [D] und der Antriebsmaschine 4
[A], welche erfindungsgemäß alle erfasst sind:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
Der Planetenträger 16 kann beispielsweise einteilig oder mehrteilig mit drehtest miteinander verbundenen Komponenten ausgeführt sein. Da das Drehmoment am Planetenträger 16 hoch ist, ist es von Vorteil, z.B. eine Übersetzungsstufe 17, 18 zwischen dem Planetenträger 16 und dem Differenzialantrieb 5 zu implementieren. Dafür bietet sich ein Anpassungsgetriebe, z.B. in Form einer gerade-, schräg- oder pfeilverzahnten Stirnradstufe, an, wobei das eine Zahnrad 17 drehtest mit dem Planetenträger 16 und das andere Zahnrad 18 mit dem Differenzialantrieb 5 verbunden ist. Anstelle der
Anpassungsgetriebestufe 17, 18 kann jedoch z.B. auch ein mehrstufiges gerade-, schräg- oder pfeilverzahntes Stirnradgetriebe, ein Planeten oder Kegelradgetriebe, ein Kettenantrieb, ein Keilriemenantrieb, ein Schaltgetriebe, etc., oder eine Kombination aus diesen Getriebearten eingesetzt werden.
Als Arbeitsmaschine 1 ist in den Figuren 1 und 3 beispielhaft symbolisch eine Pumpe dargestellt. Die vorstehend und nachfolgend beschriebenen Prinzipien sind jedoch auch bei Antrieben für andere Arbeitsmaschinen, wie z.B. Kompressoren, Ventilatoren, Förderbänder, Mühlen, Brecher und dergleichen anwendbar.
Fig. 1 zeigt einen Differenzialantrieb 5 mit einem Umrichter 6. Ebenso können mehrere Differenzialantriebe 5 den Planetenträger 16 antreiben, womit das zu übertragende Drehmoment der Anpassungsgetriebestufe 17,
18 auf diese Differenzialantriebe 5 verteilt wird. Die
Differenzialantriebe 5 können dabei gleichmäßig oder auch asymmetrisch um den Umfang des Zahnrades 17 verteilt sein. Vorzugsweise - jedoch nicht notwendigerweise - werden die Differenzialantriebe 5 dabei von einem gemeinsamen Umrichter 6 angesteuert, wobei dann vorzugsweise ein Differenzialantrieb 5 als sogenannter „Master" und der/die weitere(n) Differenzialantrieb(e) 5 als sogenannte(r) „Slave(s)" fungieren. Die Differenzialantriebe 5 können auch von mehreren motorseitigen Wechselrichtern 6 einzeln oder in Gruppen angesteuert werden, wobei diese mit den Differenzialantrieben 5 verbundenen, motorseitigen Wechselrichter 6 vorzugsweise einen gemeinsamen, über einen Transformator 11 an das Netz 12 angeschlossenen, netzseitigen Gleichrichter haben, mit dem sie über einen Gleichspannungs- Zwischenkreis verbunden sind.
Mit der Verbindungswelle 19 und in weiterer Folge mit der Antriebsmaschine 4 bzw. dem ersten Antrieb des Differenzialsystems ist eine Zusatzverbindung 20 verbunden. Diese Zusatzverbindung 20 ist mittels einer Kupplung 22 mit dem Differenzialantrieb 5 verbindbar.
Die Kupplung 22 kann grundsätzlich überall im Leistungsfluss zwischen dem Differenzialantrieb 5 und dem ersten Antrieb des
Differenzialsystems positioniert sein, d.h. auch in einer anderen als der dem Differenzialantrieb 5 nächstgelegenen Stufe der Zusatzverbindung 20. Die Kupplung 22 ist vorzugsweise als Schaltkupplung, z.B. in Form einer Klauenkupplung, Zahnkupplung oder Lamellenkupplung, oder als Freilaufkupplung ausgeführt.
Eine Freilaufkupplung (auch Überholkupplung bezeichnet) ist dabei eine nur in eine Drehrichtung wirkende Kupplung. Die Freilaufkupplung kann auch in Form einer selbstsynchronisierenden Schaltkupplung ausgeführt werden. Dies ist eine Freilaufkupplung, bei der im voll aktivierten Zustand die Drehmomentübertragung über eine Zahnkupplung erfolgt.
Die Antriebsmaschine 4 kann auch mit einer Getriebe-Zwischenstufe der Zusatzverbindung 20 verbunden sein, wobei die Verbindung der Zusatzverbindung 20 mit dem ersten Antrieb bestehen bleibt.
Wenn das System mit mehreren Differenzialantrieben 5 ausgestattet ist, wird vorzugsweise nur ein Differenzialantrieb 5 über eine Zusatzverbindung 20 mit der Antriebsmaschine 4 verbunden. In diesem Fall treibt zumindest ein zweiter Differenzialantrieb 5 zusätzlich zum ersten Differenzialantrieb 5 die Zusatzverbindung 20 über den Planetenträger 16 und die Anpassungsgetriebestufe 17, 18 an. Damit ist nur eine Zusatzverbindung 20 erforderlich. Alternativ können auch mehrere Differenzialantriebe parallel mittels einer separaten Zusatzverbindung 20 mit z.B. der Antriebsmaschine 4 verbunden werden. Als weitere Alternative kann auch die Antriebsmaschine 4 mittels einer Zusatzverbindung mit der Antriebswelle 2 verbunden werden. Um das System anzufahren, wird der Differenzialantrieb 5 durch Schließen der Kupplung 22 mit der Zusatzverbindung 20 verbunden. Indem anschließend der Differenzialantrieb 5 hochgefahren wird, werden damit auch die Arbeitsmaschine 1 und die Antriebsmaschine 4 beschleunigt. Im Falle der Ausführung der Kupplung 22 in Form einer Freilaufkupplung überträgt diese selbsttätig die Drehbewegung des Differenzialantriebes 5 auf die Zusatzverbindung 20 bzw. die Antriebsmaschine 4. Das Differenzialsystem arbeitet dabei im sogenannten Anfahrmodus (Betriebsmodus I).
Die Antriebsmaschine 4 wird vorzugsweise auf Betriebsdrehzahl gebracht und anschließend der Schalter 23 geschlossen und die Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12 verbunden. Diese zieht, wenn sie mit dem Netz 12 verbunden wird, kurzzeitig einen Magnetisierungsstrom. Dieser ist zwar höher als der Nennstrom der Antriebsmaschine 4, steht jedoch nur für wenige Netzperioden an und liegt unter der sich einstellenden Stromstärke, welche die Antriebsmaschine 4 ziehen würde, wenn diese unter Last ans Netz geschaltet wird. Dieser Magnetisierungsstrom kann im Bedarfsfall durch Einsatz anerkannter technischer Methoden zusätzlich reduziert werden.
Zeitgleich oder anschließend wird die Kupplung 22 geöffnet und das Differenzialsystem arbeitet im sogenannten Differenzialmodus (Betriebsmodus II). Ist die Kupplung 22 als Freilaufkupplung ausgeführt, löst sich die Verbindung selbsttätig, sobald die Drehzahl des treibenden Teils (Differenzialantrieb 5) kleiner als die Drehzahl des zu treibenden Teils (Zusatzverbindung 20) wird.
Im Falle einer Betriebsstörung (z.B. Netzausfall, Systemfehler, Überlast, etc.) laufen sowohl die Antriebsmaschine 4 als auch die Arbeitsmaschine 1 unkontrolliert aus. Um in einem solchen Fall den im Differenzialmodus arbeitenden Differenzialantrieb 5 vor Überdrehzahl zu schützen, kann man eine (nicht dargestellte) Bremse, die auf den zweiten Antrieb des Differenzialsystems bzw. auf den
Differenzialantrieb 5 wirkt, einsetzen. Als alternative Lösung bietet sich an, eine zwischen dem Differenzialantrieb 5 und dem zweiten Antrieb des Differenzialsystems implementierte (nicht dargestellte) Kupplung zu öffnen und dadurch den bzw. die Differenzialantrieb(e) 5 vom restlichen Differenzialsystem zu trennen.
Ist die Kupplung 22 als Freilaufkupplung ausgeführt, wird deren Verbindung selbsttätig aktiviert, sobald die Drehzahl des treibenden Teils (Zusatzverbindung 20) kleiner als die Drehzahl des zu treibenden Teils (Differenzialantrieb 5) werden würde, wodurch eine Überdrehzahl des Differenzialantriebes 5 inhärent verhindert wird.
Ist die Kupplung 22 als Schaltkupplung ausgeführt, wird diese im Falle einer Betriebsstörung vorzugsweise dann aktiviert, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der abtreibenden Welle der Zusatzverbindung 20 und dem Differenzialantrieb 5 ein Minimum (idealerweise bei einer Drehzahldifferenz von annähernd Null) ist.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit einem beispielhaften Regelungsschema einer Regelungs- und Steuerungseinheit eines drehzahlvariablen Antriebes eines Differenzialsystems.
Eine Steuereinheit 24 regelt und steuert die Funktionen des Differenzialsystems. Diese kommuniziert mit einem übergeordneten Prozessleitsystem 25. Über diese Kommunikationsschnittstelle werden unter anderem prozessrelevante Zustandsmeldungen und Sollwertvorgaben ausgetauscht. Die Steuereinheit 24 kommuniziert über eine weitere Schnittstelle mit dem Umrichter 6. Auch über diese weitere Kommunikationsschnittstelle werden unter anderem prozessrelevante Zustandsmeldungen und Sollwertvorgaben ausgetauscht. Vorzugsweise entscheidet die Steuerungseinheit 24 über den Regelungsmodus (d.h. zwischen Drehzahlregelung und Drehmomentregelung), bzw. eine Änderung von parametrierten Drehmomentvorgaben/-limits. Die Steuerungseinheit 24 kann auch Teil des Umrichters 6 sein. D.h., die Steuerungs- und Regelungseinheit des Umrichters 6 übernimmt auch die Funktionen der Steuereinheit 24 und die Kommunikation zum Prozessleitsystem 25.
Mittels einer Ist-Strom-Überwachung der Steuereinheit 24 bzw. des Umrichters 6 werden die für den Umrichter 6 und den
Differenzialantrieb 5 maximal erlaubte(n) Stromstärke(n) und damit das maximal zulässige Drehmoment überwacht bzw. begrenzt. Im Falle einer Drehzahlregelung erfasst vorzugsweise der Umrichter 6 die Drehzahl n des Differenzialantriebes 5 (z.B. mittels einer
Drehzahlmesseinrichtung), vergleicht diese im Drehzahlregler mit der Drehzahl-Vorgabe und erhöht oder reduziert mittels eines nachgelagerten Drehmomentreglers das Drehmoment, um die vorgegebene Drehzahl zu erreichen. Dabei ist hier vorzugsweise (jedoch keinesfalls zwingend) eine Überwachung und/oder Begrenzung der bauartspezifisch maximal erlaubten, sich einstellenden Stromstärke (v.a. für den Differenzialantrieb 5 bzw. Umrichter 6) aktiv. D.h., wird die maximal erlaubte Stromstärke (unter Berücksichtigung einer eventuell zeitlich begrenzten zulässigen Überlast) erreicht, kann die Drehzahl-Vorgabe nicht erreicht werden und es stellt sich eine auf Basis der maximal zulässigen Stromstärke erreichbare Drehzahl ein.
Mittels sogenannter Feldvektorregelung kann die Steuerungs- und Regelungseinrichtung des Umrichters 6 das Drehmoment des Umrichters 6 in vier sogenannten Quadranten regeln, wodurch sich drehrichtungsabhängig ein jeweils generatorisches bzw. ein motorisches Drehmoment einstellen lässt. Weiters ist der Differenzialantrieb 5 mittels seines Umrichters 6 auch übersynchron im sogenannten Feldschwächebereich betreibbar. Typischerweise ist dieser übersynchrone Bereich aufgrund mechanischer Grenzen des Differenzialantriebes 5 limitiert, wobei die Überdrehzahl-Grenzen üblicherweise mit zunehmender Systemgröße geringer werden.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Differenzialsystems. Das Differenzialsystem ist prinzipiell gleich aufgebaut, wie in Fig. 1 beschrieben. Der Triebstrang besteht auch hier aus einer Arbeitsmaschine 1, einer Antriebswelle 2, einem Differenzialgetriebe 3, einer Zusatzverbindung 20, einer Motorwelle 19, einer Antriebsmaschine 4, einem Differenzialantrieb 5 und einem Umrichter 6. Der Differenzialantrieb 5 ist dabei mittels einer besonders weichen, d.h. drehschwingungsdämpfenden, Kupplung 31 mit der Zusatzverbindung 20 verbunden. Indem man die Steifigkeit der Kupplung 31 verringert, kann man die zuschaltungsbedingten Triebstrang- Belastungstransienten entsprechend reduzieren. Alternativ zur Verbindung des Differenzialantriebes 5 und der Antriebsmaschine 4 mittels der Zusatzverbindung 20 funktioniert das erfindungsgemäße System auch mit einer oder mehreren
Zusatzverbindung(en) zwischen dem/n Differenzialantrieb(en) 5 und der Arbeitsmaschine 1 oder zwischen der Antriebsmaschine 4 und der Arbeitsmaschine 1.
Wie in Fig. 2 beschrieben kommuniziert die Steuerungseinrichtung 24 mit dem Umrichter 6 und dem Prozessleitsystem 25. Das Prozessleitsystem 25 steuert u.a. den Schalter 23, um die Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12 zu verbinden bzw. diese vom Netz 12 zu trennen. Alternativ kann dies auch durch die Steuerungseinrichtung 24 bzw. den Umrichter 6 gesteuert werden. Erfindungsgemäß werden in der Ausführungsform von Fig. 3 wahlweise verschiedene
Messeinrichtungen 26, 27 für die Erfassung der Netzfrequenz des Netzes 12 implementiert (Netzfrequenz-Messgerät). Diese Messeinrichtungen können z.B. im Umrichter 6 integriert (Messeinrichtung 26), jedoch auch an jeder anderen Stelle positioniert sein, an der man die aktuelle Netzfrequenz erfassen kann, wie z.B. im Mittelspannungsnetz 12 (Messeinrichtung 27). Durch eine genaue Erfassung der aktuellen Netzfrequenz ist es möglich, die Zuschaltdrehzahl der Antriebsmaschine 4 möglichst genau an die aktuelle Netzfrequenz anzupassen und somit ungewollt hohe Belastungen, z.B. Triebstrangschwingungen, beim Zuschalten der Antriebsmaschine 4 zu vermeiden.
Um z.B. die Drehzahl des Differenzialantriebes 5 während der Zuschaltung der Antriebsmaschine 4 an den Drehzahlverlauf der Antriebsmaschine 4 anpassen zu können, sind beispielsweise eine oder mehrere Drehzahl-Messeinrichtungen 28, 29 und 30 an den An- und Abtrieben des Differenzialsystems möglich. Dabei ist grundsätzlich nur eine Drehzahl-Messeinrichtung - vorzugsweise die Drehzahl- Messeinrichtung 30 - erforderlich, da die anderen Drehzahlen davon ableitbar sind. In einer weiteren Ausführungsform kann die Drehzahl- Messeinrichtungen 30 durch eine Berechnung der Drehzahl im motorseitigen Wechselrichter des Umrichters 6 - z.B. auf Basis einer sogenannten geberlosen Drehzahlregelung - ersetzt werden. Fig. 4 zeigt einen Ablauf für das Anlaufen und in weiterer Folge das Zuschalten der Antriebsmaschine 4 eines Differenzialsystems an das Netz 12 am Beispiel eines Dampfkraftwerks.
Typischerweise wird ein Dampfkraftwerk von einem Prozessleitsystem 25 gesteuert. Dieses Prozessleitsystem 25 steuert dabei auch das Zuschalten einer Antriebsmaschine 4 einer Kesselspeisepumpe als Arbeitsmaschine 1 und verbindet mittels des Schalters 23 die Antriebsmaschine 4 mit dem Netz 12. Das Prozessleitsystem 25 kommuniziert dabei vorzugsweise mit der Steuereinheit 24.
Im Falle des Beispiels „Differenzialsystem als drehzahlvariabler Antrieb einer Kesselspeisepumpe" kann der Zuschaltprozess beispielsweise gemäß folgender Chronologie ablaufen:
Die Antriebsmaschine 4 wird zunächst wie beschrieben mithilfe des Differentialantriebes 5 beschleunigt. Nachdem die Antriebsmaschine 4 ihre Zuschaltdrehzahl erreicht hat, sendet die Steuereinheit 24 zum Zeitpunkt 1 den Befehl 'Netzzuschaltung Antriebsmaschine' an das Prozessleitsystem 25. Durch eine systembedingte Verzögerung in der Kommunikationsschnittstelle geht dieser Befehl zu Zeitpunkt 2 im Prozessleitsystem ein.
In weiterer Folge wird dieser Befehl bis zum Zeitpunkt 3 im Prozessleitsystem verarbeitet und der Befehl „Netzschalter schließen" an den Netzschalter 23 geleitet. Dieser Vorgang „Netzschalter schließen" dauert etwa 80ms und ist zum Zeitpunkt 4, d.h. nach insgesamt 590ms ab Start des Zuschaltprozesses, abgeschlossen.
Anschließend meldet das Prozessleitsystem 25 an die Steuerungseinheit 24 „Netzschalter geschlossen". Dies ist zum Zeitpunkt 5 erledigt. In weiterer Folge wird diese Meldung in der Steuereinheit bis zum Zeitpunkt 6 verarbeitet und ein entsprechender Befehl an die Kupplung 22 weitergeleitet. Aufgrund typischer, systembedingter
Rahmenbedingungen wird die Kupplung 22 erst zum Zeitpunkt 7 (nach ca. 100ms) mit dem Öffnen beginnen. Ist die Kupplung z.B. eine standardmäßige Lamellenkupplung, wird das übertragbare Drehmoment bis zum Zeitpunkt 8 (nach z.B. 100ms) auf ca. 1/3 abgefallen und die Kupplung zum Zeitpunkt 9 (nach z.B. weiteren 300ms) komplett geöffnet sein. Der komplette Zuschaltprozess dauert somit ca. 1,6 Sekunden.
Die in Fig. 4 dargestellten zeitlichen Abläufe sind ein Beispiel und können sowohl betriebs- als auch systembedingt wesentlich von den gezeigten Prozessen und Zeitabläufen abweichen. D.h. gewisse Abläufe können viel länger dauern, können jedoch erfindungsgemäß auch abgekürzt bzw. übersprungen werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Zuschaltprozess weiß die Systemsteuerung (in der Steuereinrichtung des Differenzialsystems) zwischen den Zeitpunkten „1" und „6" nicht, ob bzw. wann genau die Antriebsmaschine zugeschaltet ist bzw. wurde. D.h., das Differenzialsystem bleibt über eine mehr oder weniger lange Zeit „verspannt" und dadurch mit transienten Triebstrangschwingungen belastet.
Erfindungsgemäß ist hierbei eine Verbesserung zu erzielen, indem man die Drehzahl des Triebstranges d.h. der Arbeitsmaschine 1 und/oder der Antriebsmaschine 4 und/oder des Differenzialantriebes 5 in der Zuschaltphase mittels eines Drehzahlmessgerätes 28, 29, 30 (und/oder einer Drehzahl, aus der man den zuschaltungsbedingten Drehzahleinbruch ableiten kann) überwacht bzw. daraus eine gewünschte Soll-Drehzahl für den Differenzialantrieb 5 entsprechend ableitet. Diese gewünschte Soll-Drehzahl errechnet sich vorzugsweise aus der Drehzahl des Triebstranges und den Übersetzungsverhältnissen des Differenzialgetriebes 3 zuzüglich allfällig implementierter Anpassungsgetriebestufen.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Drehstrommaschine, insbesondere Asynchronmaschine, als Antriebsmaschine (4) eines Triebstranges mit einem elektrischen Netz (12), wobei der Triebstrang eine Antriebswelle (2) einer Arbeitsmaschine (1), die Antriebsmaschine (4), einen Differenzialantrieb (5) und ein Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben aufweist, von denen ein Abtrieb mit der Antriebswelle (2), ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine (4) und ein zweiter Antrieb mit dem Differenzialantrieb (5) verbunden ist, wobei die Antriebsmaschine (4) in einer ersten Phase von einer Drehzahl von Null oder annähernd Null angefahren wird, während ein Antrieb gleichzeitig mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden und die Antriebsmaschine (4) in dieser Phase vom Netz (12) getrennt ist, wobei in einer zweiten Phase die Antriebsmaschine (4) mit dem Netz (12) verbunden und die Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb getrennt wird, und wobei die Drehzahl wenigstens eines An- und/oder Abtriebes ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzfrequenz, insbesondere messtechnisch, erfasst oder eine Netzfrequenz-Schwankungsbreite definiert wird, dass die Antriebsmaschine (4) mit dem Netz (12) verbunden wird, wenn die sich aus der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) ergebende Frequenz um weniger als + 5,0% von der Netzfrequenz abweicht, und dass, vorzugsweise zeitgleich oder anschließend, die Verbindung zwischen dem einen Antrieb und dem anderen Antrieb oder dem Abtrieb getrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschine (4) mit dem Netz (12) verbunden wird, wenn die sich aus der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) ergebende Frequenz um weniger als + 3,0%, bevorzugt weniger als + 2,0%, insbesondere weniger als + 1,0%, von der Netzfrequenz abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl wenigstens eines An- und/oder Abtriebes gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (22) eine Drehmoment begrenzende Kupplung ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) eine über einen Umrichter (6) mit dem Netz (12) verbundene elektrische Maschine, vorzugsweise eine Drehstrommaschine, insbesondere eine Asynchronmaschine oder eine permanentmagneterregte Synchronmaschine, ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Antriebsmaschine (4) aus Werten der Regelung des Umrichters (6), insbesondere auf Basis einer geberlosen Drehzahlregelung, abgeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (6) des Differenzialantriebes (5) die Netzfrequenz ermittelt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzfrequenz mittels eines Netzfrequenz- Messgerätes (26, 27) gemessen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel der elektrischen Maschine (4) mit dem Netz (12) mittels des Differenzialantriebes (5) synchronisiert wird, bevor die Antriebsmaschine (4) mit dem Netz (12) verbunden wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zeitgleich oder anschließend die Richtung des Drehmomentes des Differenzialantriebes (5) geändert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Drehmomentes des Differenzialantriebes (5) bei einer Verringerung der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) als Folge ihrer Verbindung mit dem Netz (12) geändert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst wird, wann die Antriebsmaschine (4) tatsächlich mit dem Netz (12) verbunden wurde, und dass anschließend die Richtung des Drehmomentes des Differenzialantriebes (5) geändert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Antrieb in der ersten Phase über eine Freilaufkupplung mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden ist, die bei einem Drehmoment von etwa Null oder einem Wechsel der Richtung des Drehmomentes automatisch öffnet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Antrieb in der ersten Phase über eine Schaltkupplung mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden ist, und dass die Schaltkupplung bei einem Drehmoment von etwa Null geöffnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst wird, wann die Antriebsmaschine (4) tatsächlich mit dem Netz (12) verbunden wurde, und dass das Drehmoment des Differenzialantriebes bis zu diesem Zeitpunkt konstant gehalten wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass erfasst wird, wann die Antriebsmaschine (4) tatsächlich mit dem Netz (12) verbunden wurde, und dass anschließend das Drehmoment bis auf Null reduziert wird.
17. Triebstrang mit einer Antriebswelle (2) einer Arbeitsmaschine (1), mit einer Antriebsmaschine (4) und mit einem Differenzialgetriebe (3) mit drei An- bzw. Abtrieben, wobei ein Abtrieb mit der Antriebswelle (2), ein erster Antrieb mit der Antriebsmaschine (4) und ein zweiter Antrieb mit einem Differenzialantrieb (5) verbunden ist, mit einer Kupplung, über die ein Antrieb gleichzeitig mit dem anderen Antrieb oder mit dem Abtrieb verbunden ist, mit wenigstens eine Einrichtung zum Erfassen einer Drehzahl wenigstens eines An- und/oder Abtriebes, und mit einer Steuerung zum Steuern des Differenzialantriebes (5) und gegebenenfalls Öffnen der Kupplung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26, 27) zum Erfassen der Netzfrequenz vorgesehen ist, und einen Komparator in der Steuerung, der prüft, ob sich die aus der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) ergebende Frequenz von der Netzfrequenz um weniger als + 5,0% abweicht.
18. Triebstrang nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Komparator prüft, ob sich die aus der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) ergebende Frequenz um weniger als + 3,0%, bevorzugt weniger als + 2,0%, insbesondere weniger als + 1,0%, von der Netzfrequenz abweicht.
19. Triebstrang nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (22) eine Klauenkupplung, Zahnkupplung, Freilaufkupplung oder Lamellenkupplung ist.
20. Triebstrang nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine drehmomentbegrenzende Kupplung ist.
21. Triebstrang nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine hydrodynamische Kupplung, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Arretierungsfunktion, ist.
22. Triebstrang nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) eine Drehstrommaschine, insbesondere eine Asynchronmaschine oder eine permanentmagneterregte Synchronmaschine, ist.
23. Triebstrang nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzialantrieb (5) eine hydrostatische Pumpe/Motor-Kombination ist.
24. Triebstrang nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzialgetriebe ein Planetengetriebe ist.
25. Triebstrang nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (1) eine Pumpe, ein Kompressor, Ventilator, Förderband, Brecher oder eine Mühle ist.
PCT/EP2020/086392 2019-12-16 2020-12-16 Verfahren zum verbinden einer elektrischen asynchronmaschine eines triebstranges mit einem elektrischen netz WO2021122724A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20821101.1A EP4078801A1 (de) 2019-12-16 2020-12-16 Verfahren zum verbinden einer elektrischen asynchronmaschine eines triebstranges mit einem elektrischen netz
US17/785,823 US20230318494A1 (en) 2019-12-16 2020-12-16 Method for connecting an electric asynchronous machine of a powertrain to an electric grid
CN202080087023.4A CN114830522A (zh) 2019-12-16 2020-12-16 将动力系统的电动异步电机与电网连接的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA00400/2019 2019-12-16
ATA400/2019A AT523332B1 (de) 2019-12-16 2019-12-16 Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Asynchronmaschine eines Triebstranges mit einem elektrischen Netz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021122724A1 true WO2021122724A1 (de) 2021-06-24

Family

ID=74104087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/086392 WO2021122724A1 (de) 2019-12-16 2020-12-16 Verfahren zum verbinden einer elektrischen asynchronmaschine eines triebstranges mit einem elektrischen netz

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230318494A1 (de)
EP (1) EP4078801A1 (de)
CN (1) CN114830522A (de)
AT (1) AT523332B1 (de)
WO (1) WO2021122724A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB721933A (en) * 1952-10-06 1955-01-12 Ricardo & Co Engineers Improvements in or relating to automatic emergency electric generating plants
CA2214370A1 (en) * 1997-10-28 1999-04-28 Nazir Dosani Method and apparatus for coupling power generator to utility power grid
WO2016172742A1 (de) 2015-04-27 2016-11-03 Set Sustainable Energy Technologies Gmbh Triebstrang für pumpen, energieerzeugungsanlagen oder dergleichen und verfahren zum anfahren eines solchen triebstranges
DE102016213639A1 (de) 2016-07-26 2018-02-01 Voith Patent Gmbh Antriebsvorrichtung und Verfahren zur Drehzahllimitierung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT514396B1 (de) * 2013-05-17 2015-11-15 Set Sustainable Energy Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Anfahren eines Triebstranges
AT516180B1 (de) * 2014-08-19 2016-03-15 Gerald Dipl Ing Hehenberger Verfahren zum Anfahren eines Triebstranges und Antrieb hierfür
AT15940U1 (de) * 2017-03-23 2018-10-15 Ing Gerald Hehenberger Dipl Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges und Triebstrang

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB721933A (en) * 1952-10-06 1955-01-12 Ricardo & Co Engineers Improvements in or relating to automatic emergency electric generating plants
CA2214370A1 (en) * 1997-10-28 1999-04-28 Nazir Dosani Method and apparatus for coupling power generator to utility power grid
WO2016172742A1 (de) 2015-04-27 2016-11-03 Set Sustainable Energy Technologies Gmbh Triebstrang für pumpen, energieerzeugungsanlagen oder dergleichen und verfahren zum anfahren eines solchen triebstranges
US20180126836A1 (en) * 2015-04-27 2018-05-10 Set Sustainable Energy Technologies Gmbh Power train for pumps, energy generation systems or similar and method for starting up a power train of this type
DE102016213639A1 (de) 2016-07-26 2018-02-01 Voith Patent Gmbh Antriebsvorrichtung und Verfahren zur Drehzahllimitierung

Also Published As

Publication number Publication date
EP4078801A1 (de) 2022-10-26
CN114830522A (zh) 2022-07-29
AT523332B1 (de) 2023-12-15
AT523332A1 (de) 2021-07-15
US20230318494A1 (en) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3289243B1 (de) Triebstrang für pumpen, energieerzeugungsanlagen oder dergleichen und verfahren zum anfahren eines solchen triebstranges
AT514589B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges und Triebstrang
EP2997285B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum anfahren eines triebstranges
EP2997284B1 (de) Verfahren zum betreiben eines triebstranges und triebstrang
WO2016091958A1 (de) Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs
AT508411A1 (de) Differenzialgetriebe für energiegewinnungsanlage und verfahren zum betreiben
DE102014210870A1 (de) Maschinenanordnung zur Leistungsübertragung und Verfahren zum Steuern einer solchen Maschinenanordnung
WO2016184651A1 (de) Drehzahländerbares antriebssystem und verfahren zum aufstarten und/oder betreiben eines drehzahländerbaren antriebssystems
EP3238337B1 (de) Verfahren zum betreiben eines antriebsstranges
AT516038B1 (de) Antriebsstrang
DE102014210868A1 (de) Vorrichtung zur Leistungsübertragung und Maschinenanordnung damit
DE102014210864A1 (de) Maschinenanordnung zur Leistungsübertragung und Verfahren zum Ansteuern einer solchen Maschinenanordnung
AT523332B1 (de) Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Asynchronmaschine eines Triebstranges mit einem elektrischen Netz
AT519747B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Betriebes eines Triebstranges
AT516180B1 (de) Verfahren zum Anfahren eines Triebstranges und Antrieb hierfür
DE102014210869A1 (de) Vorrichtung zur insbesondere Leistungsübertragung
AT15388U1 (de) Triebstrang und Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges
EP3574234B1 (de) Verfahren zum betreiben eines antriebsstranges zum drehzahlvariablen antreiben einer arbeitsmaschine und antriebsstrang
AT15940U1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Triebstranges und Triebstrang
WO2023186218A1 (de) Stromaggregat und verfahren zur erzeugung von elektrischem strom mit konstanter netzfrequenz

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20821101

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020821101

Country of ref document: EP

Effective date: 20220718