用于運(yùn)行傳動系的方法和傳動系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行傳動系的方法,所述傳動系包括一根驅(qū)動軸、一個(gè)與電網(wǎng)連接的電驅(qū)動裝置和一個(gè)具有三個(gè)輸入端或輸出端的差動傳動裝置,其中,一個(gè)輸出端與驅(qū)動軸連接、一個(gè)輸入端與驅(qū)動裝置連接而第二輸入端與一個(gè)差分驅(qū)動器連接。
[0002]此外,本發(fā)明涉及一種傳動系,其包括一根驅(qū)動軸、,一個(gè)與電網(wǎng)連接的電驅(qū)動裝置和一個(gè)具有三個(gè)輸入端或者輸出端的差動傳動裝置,其中一個(gè)輸出端與驅(qū)動軸連接、一個(gè)輸入端與驅(qū)動裝置連接而第二輸入端與一個(gè)電差分驅(qū)動器連接。
【背景技術(shù)】
[0003]做功機(jī)械,如輸送裝置例如栗、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī),或如碾磨機(jī),粉碎機(jī),車輛等的普遍問題是高效率的轉(zhuǎn)速可變的運(yùn)行。此外,電機(jī)作為實(shí)例用于驅(qū)動裝置,然而原理適用于驅(qū)動裝置的所有可能的類型以及例如適用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)?,F(xiàn)今最常用的電驅(qū)動裝置是三相交流電機(jī)諸如異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是,提供文首述及類型的一種方法和一種設(shè)備,其中在結(jié)構(gòu)簡單的同時(shí)可以改變輸送裝置的輸送量。
[0005]這個(gè)目的在文首述及類型的方法中通過如下方式得以實(shí)現(xiàn),在驅(qū)動裝置以電動機(jī)的方式運(yùn)行期間,差分驅(qū)動器僅僅以電動機(jī)的方式運(yùn)行。
[0006]另外,這個(gè)目的利用文首述及類型的傳動系通過如下方式得以實(shí)現(xiàn),S卩,差分驅(qū)動器通過整流器與電網(wǎng)連接。
[0007]差動系統(tǒng)的核心是差動傳動裝置,該差動傳動裝置在一種簡單的實(shí)施形式中是一個(gè)具有三個(gè)輸入端或者輸出端的、簡單的行星齒輪傳動級,其中一個(gè)輸出端與做功機(jī)械的驅(qū)動軸連接、第一輸入端與驅(qū)動裝置連接而第二輸入端與差分驅(qū)動器連接。因此做功機(jī)械可以在驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)速恒定不變的情況下通過如下方式轉(zhuǎn)速可變地運(yùn)行,即,差分驅(qū)動器對轉(zhuǎn)速差進(jìn)行補(bǔ)償。
[0008]利用差分驅(qū)動器可以通過如下方式提高由做功機(jī)械輸送的量,S卩,通過差分驅(qū)動器的可變功率來提高驅(qū)動裝置的恒定不變的功率。
[0009]如果用整流器19代替通常用于電差分驅(qū)動器的逆變器,這是有益的,因?yàn)檫@個(gè)整流器大多比逆變器具有更高的效率并且還耐用和經(jīng)濟(jì)得多。
[0010]如果在驅(qū)動裝置以電動機(jī)的方式或以發(fā)電機(jī)的方式運(yùn)行期間,差分驅(qū)動器僅以電動機(jī)的方式運(yùn)行,那么根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的傳動系可以很好地用于例如使用在蓄能發(fā)電站中的渦輪栗。
[0011]從屬權(quán)利要求的內(nèi)容是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。
【附圖說明】
[0012]下文參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式加以闡述。附圖中:
[0013]圖1為用于栗驅(qū)動的差動系統(tǒng)的原理;
[0014]圖2為差動系統(tǒng)的另一實(shí)施方式;
[0015]圖3為差動系統(tǒng)的具有傳動前置級(Getriebevorstufe)的另一實(shí)施方式;
[0016]圖4為栗的差動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速參數(shù)和功率參數(shù);
[0017]圖5為差動系統(tǒng)的具有簡化的差分驅(qū)動器的另一實(shí)施方式;
[0018]圖6為由圖5獲得的轉(zhuǎn)速參數(shù)和功率參數(shù);
[0019]圖7為差動系統(tǒng)的具有傳動換轉(zhuǎn)級(Getriebeschaltstufe)的另一實(shí)施方式;
[0020]圖8為由圖7獲得的轉(zhuǎn)速參數(shù)和功率參數(shù);
[0021]圖9為轉(zhuǎn)速范圍減小的差動系統(tǒng)的另一實(shí)施方式;
[0022]圖10為由圖9獲得的轉(zhuǎn)速參數(shù)和功率參數(shù);
[0023]圖11為由圖9獲得的用于所謂的渦輪栗的可能的轉(zhuǎn)速參數(shù)和功率參數(shù);
[0024]圖12為用于作為驅(qū)動裝置的內(nèi)燃機(jī)的差動系統(tǒng)的另一實(shí)施方式;
[0025]圖13為用于對傳動系振動進(jìn)行減振的調(diào)整系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]盡管高的電功率消耗,三相交流電機(jī)在停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中并不能夠完全機(jī)械地輸出這個(gè)功率,這表現(xiàn)在高損耗和小起動力矩中。同時(shí)三相交流電機(jī)在從零轉(zhuǎn)速起動時(shí)的電流消耗典型地相當(dāng)于額定電流的約7倍,這在起動時(shí)對電網(wǎng)造成相應(yīng)高的電負(fù)載。
[0027]因此三相交流電機(jī)為了能夠從停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)起提供與額定扭矩相符的驅(qū)動力矩必須被設(shè)計(jì)得相應(yīng)大并且因此經(jīng)常尺寸過大。因此出于這個(gè)原因,代替直接與電網(wǎng)連接還經(jīng)常將電機(jī)與變頻器組合設(shè)計(jì)成可變速的驅(qū)動器。因此雖然可以實(shí)現(xiàn)在不增加電網(wǎng)負(fù)載的情況下利用高扭矩從零轉(zhuǎn)速起的起動,然而該解決方案是昂貴的并且伴隨有主要的效率損失。一種與此相比更加經(jīng)濟(jì)的以及在效率方面更好的備選方案是使用差動系統(tǒng)、例如根據(jù)AT 507 394。然而在這種情況下原則上的限制是:根據(jù)差動級的傳動比只能實(shí)現(xiàn)比較小的轉(zhuǎn)速范圍,或者在所謂的差動模式中實(shí)際上不能在做功機(jī)械的驅(qū)動軸上實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速。
[0028]為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)存在不同的可能性。根據(jù)德國實(shí)用新型N0.20 2012 101 708.3例如可以將差動傳動裝置的傳動比確定為1。在這個(gè)基礎(chǔ)上,可以利用差分驅(qū)動器對整體傳動系進(jìn)行驅(qū)動或者使驅(qū)動裝置具有同步轉(zhuǎn)速并且接著使這個(gè)驅(qū)動裝置與電網(wǎng)同步。
[0029]這種解決方案的缺點(diǎn)是:差分驅(qū)動器或者其變頻器的尺寸比驅(qū)動裝置小得多并且因此也只能提供相應(yīng)小的扭矩。
[0030]為了使負(fù)載下的驅(qū)動裝置要么與電網(wǎng)同步(諸如直接與電網(wǎng)耦合的電動機(jī))要么加速到一個(gè)具有可供使用的高扭矩的轉(zhuǎn)速范圍中(諸如在內(nèi)燃機(jī)的情況中)并且能夠附加地利用傳動系的最大扭矩或者設(shè)計(jì)扭矩來從零轉(zhuǎn)速起起動做功機(jī)械并且優(yōu)選使其具有同步轉(zhuǎn)速,例如可以如下地分3個(gè)階段進(jìn)行起動:
[0031]階段1:驅(qū)動裝置優(yōu)選利用所謂的星形/三角形接法與電網(wǎng)連接,或者作為備選(在一種特別保護(hù)電網(wǎng)的方法中)首先利用附加的裝置使得該驅(qū)動裝置具有(至少近似的)同步轉(zhuǎn)速并且然后使其與電網(wǎng)同步。在內(nèi)燃機(jī)的情況中,簡單地起動這個(gè)內(nèi)燃機(jī)并且接著使其加速。在此,驅(qū)動裝置在起動期間除了需克服的差動傳動裝置第二輸入端的由慣性矩決定的反作用力之外盡可能地保持不受外部的機(jī)械負(fù)荷。反過來看這意味著:直到驅(qū)動裝置達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速為止,作用在做功機(jī)械的驅(qū)動軸上的是相應(yīng)小的驅(qū)動扭矩。
[0032]階段2:由于現(xiàn)在驅(qū)動裝置的全部扭矩可供使用,所以在第二階段中通過如下方式開始負(fù)載下的做功機(jī)械的真正的加速和起動,即,借助同步制動器使差動傳動裝置級的第二輸入端減速。
[0033]階段3:—旦差動系統(tǒng)的第二輸入端的驅(qū)動軸處于差分驅(qū)動器的調(diào)整轉(zhuǎn)速范圍中,這個(gè)差分驅(qū)動器就承擔(dān)傳動系的轉(zhuǎn)速調(diào)整并且同步制動器被釋放。
[0034]圖1以栗為例示出用于傳動系的差動系統(tǒng)的原理。在此,做功機(jī)械1是栗的轉(zhuǎn)子,該轉(zhuǎn)子經(jīng)由一根驅(qū)動軸2和一個(gè)差動傳動裝置3而由驅(qū)動裝置4驅(qū)動。驅(qū)動裝置4優(yōu)選為中壓三相交流電機(jī),該中壓三相交流電機(jī)與電網(wǎng)12連接,該電網(wǎng)在所示出的實(shí)例中由于中壓三相交流電機(jī)的原因是中壓電網(wǎng)。然而所選擇的電壓水平取決于使用情況和主要是取決于驅(qū)動裝置4的功率水平并且在不影響本發(fā)明系統(tǒng)的基本功能的情況下可以具有任何所期望的電壓水平。根據(jù)驅(qū)動裝置4的極對數(shù)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)類型特定的運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍。運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍在此是如下的轉(zhuǎn)速范圍,在該轉(zhuǎn)速范圍中,驅(qū)動裝置4可以提供限定的或期望的或要求的扭矩或者在電驅(qū)動裝置的情況中可以與電網(wǎng)12同步。行星架7與驅(qū)動軸2連接,驅(qū)動裝置4與內(nèi)齒輪8連接,而差動傳動裝置3的太陽輪9與差分驅(qū)動器5連接。由此在這個(gè)實(shí)施方式中,差動系統(tǒng)的核心是具有三個(gè)輸入端或者輸出端的簡單的行星齒輪傳動級,其中,一個(gè)輸出端與做功機(jī)械1的驅(qū)動軸2連接,第一輸入端與驅(qū)動裝置4連接,而第二輸入端與差分驅(qū)動器5連接。
[0035]為了能夠最佳地適配差分驅(qū)動器5的轉(zhuǎn)速范圍,在太陽輪9與差分驅(qū)動器5之間設(shè)置適配傳動機(jī)構(gòu)(Anpassungsgetriebe) 10。作為所示出的正齒輪級的備選方案,適配傳動機(jī)構(gòu)10例如也可以是多級的或者設(shè)計(jì)成齒帶或鏈傳動。此外,利用適配傳動機(jī)構(gòu)10可以實(shí)現(xiàn)用于差分驅(qū)動器5的軸偏移,該軸位移基于做功機(jī)械1與驅(qū)動裝置4的同軸布局能夠?qū)崿F(xiàn)差分驅(qū)動器5的簡單設(shè)計(jì)。馬達(dá)制動器13與差分驅(qū)動器5連接,該馬達(dá)制動器在需要時(shí)對差分驅(qū)動器5進(jìn)行制動。差分驅(qū)動器5借助包括馬達(dá)側(cè)的逆變器6a、電網(wǎng)側(cè)的逆變器6b和變壓器11的優(yōu)選低壓變頻器而與電網(wǎng)12連接。變壓器對在電網(wǎng)12與電網(wǎng)側(cè)的逆變器6b之間的可能存在的電壓差進(jìn)行補(bǔ)償并且在驅(qū)動裝置4、電網(wǎng)側(cè)的逆變器6b與電網(wǎng)12之間電壓平衡的情況下可以取消。逆變器6a與6b通過直流中間電路連接并且在需要時(shí)可以本地(oertlich)分離,其中,優(yōu)選馬達(dá)側(cè)的逆變器6a盡可能近地定位在差分驅(qū)動器5旁。這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是:驅(qū)動裝置4可以直接地、就是說在沒有繁復(fù)的功率電子系統(tǒng)的情況下與電網(wǎng)12連接。通過轉(zhuǎn)速可變的差分驅(qū)動器5實(shí)現(xiàn)在可變的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同電網(wǎng)連接的驅(qū)動裝置4的固定轉(zhuǎn)速之間的補(bǔ)償。
[0036]用于差動系統(tǒng)的扭矩公式為:
[0037]扭矩差分驅(qū)動器=扭矩驅(qū)動軸*y/x,
[0038]其中,數(shù)量系數(shù)y/x是差動傳動裝置3中的傳動比與適配傳動機(jī)構(gòu)10中的傳動比的比例。差動驅(qū)動器5的功率基本上與由栗轉(zhuǎn)