DE102014225738A1

DE102014225738A1 - Method for operating a drive train

Info

Publication number: DE102014225738A1
Application number: DE102014225738.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Martin Dinter; Klemens Kahlen; Jan-Dirk Reimers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-16
Also published as: WO2016091958A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, umfassend ein Planeten-Überlagerungsgetriebe (G), zum drehzahlvariablen Antreiben einer Arbeitsmaschine (C) beschrieben. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte: – Hochfahren eines Hauptmotors (M) aus dem Stillstand auf eine konstante Nenndrehzahl des Hauptmotors (M); – Hochfahren einer Regulatormaschine (R) aus dem Stillstand auf eine vorgegebene Drehzahl der Regulatormaschine (R); und – Antreiben einer Ausgangswelle des Getriebes (G) mit einer Drehzahl, die sich aus einer durch das Getriebe (G) definierten Überlagerung der Drehzahl des Hauptmotors (M) und der Drehzahl der Regulatormaschine (R) ergibt.A method of operating a powertrain including a planetary superposition gear (G) for variable speed driving a work machine (C) will be described. The method comprises the following steps: starting a main motor (M) from standstill to a constant rated speed of the main motor (M); - Starting a Regulatormaschine (R) from standstill to a predetermined speed of the Regulatormaschine (R); and - driving an output shaft of the transmission (G) at a speed which results from a superimposition of the rotational speed of the main engine (M) and the speed of the regulator machine (R) as defined by the transmission (G).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, welcher zum drehzahlvariablen Antrieb einer Arbeitsmaschine geeignet ist. The present invention relates to a method for operating a drive train, which is suitable for the variable-speed drive of a working machine.

Es sind verschiedene Prinzipien zum drehzahlvariablen Antrieb von Arbeitsmaschinen bekannt, beispielsweise der elektrische Antrieb mittels Vollumrichter (VFD = Variable Frequency Drive) und der elektrische Antrieb mit Getriebe und hydraulischer Überlagerung zur Drehzahlverstellung. Eine Beschreibung einer Ausgestaltung des letztgenannten Prinzips eines Hydraulik-Überlagerungsgetriebes findet sich z.B. in EP 2283253 B1 (Voith Patent GmbH) 28.01.2010. Das am Markt erhältliche regelbare Planetengetriebe Vorecon^® der Voith Turbo GmbH & Co KG, 74564 Crailsheim, DE, ist ebenfalls ein Hydraulik-Überlagerungsgetriebe. There are various principles for variable-speed drive of working machines known, for example, the electric drive by means of full converter (VFD = Variable Frequency Drive) and the electric drive with gear and hydraulic superposition for speed adjustment. A description of an embodiment of the latter principle of a hydraulic superposition gear is found, for example in EP 2283253 B1 (Voith Patent GmbH) 28.01.2010. The available on the market variable speed planetary gears Vorecon ^® of Voith Turbo GmbH & Co KG, 74564 Crailsheim, DE, is also a hydraulic superposition gear.

Die hydraulische Überlagerungsgetriebelösung hat einen relativ schlechten Wirkungsgrad. Die Lösung mit Vollumrichter transformiert die Lösung aus der Hydraulik in die Vollumrichtertechnologie. Ein Umrichter kann allerdings eine bestimmte Fehlerrate pro Laufzeit aufweisen, die u.U. zu Fehlzeiten im Betrieb führen können. The hydraulic superposition gear solution has a relatively poor efficiency. The solution with full converter transforms the solution from hydraulics to full converter technology. However, an inverter may have a certain error rate per term, which may be lower. can lead to absences during operation.

Bekannte Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für einen drehzahlvariablen Antrieb umfassen stationäre, dynamische und reversierende, d.h. die Rotationsrichtung umkehrende, Verfahren. Known methods of operating a powertrain for a variable speed drive include stationary, dynamic and reversing, i. reversing the direction of rotation, method.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Betriebsverfahren eines Antriebsstrangs für einen drehzahlvariablen Antrieb bereitzustellen. It is an object of the present invention to provide an efficient operating method of a drive train for a variable-speed drive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a method having the features specified in claim 1.

Der Antriebsstrang dient zum drehzahlvariablen Antreiben einer Arbeitsmaschine. Arbeitsmaschinen sind Maschinen, die eine Arbeit verrichten, im Unterschied zu den Kraftmaschinen, von denen sie in der Regel angetrieben werden. Eine Arbeitsmaschine kann beispielsweise eine Pumpe, ein Kompressor, ein Rührer, ein Lüfter, o.ä. sein. Als Kraftmaschine kann ein Elektromotor eingesetzt werden. The drive train is used for variable-speed driving a work machine. Work machines are machines that do a job, unlike the engines that drive them. A work machine may, for example, a pump, a compressor, a stirrer, a fan, or the like. be. As an engine, an electric motor can be used.

Ein Kompressor, auch unter dem Begriff „Verdichter“ bekannt, ist eine Fluidenergiemaschine, die zum Komprimieren von Gasen verwendet wird. Kompressoren finden vor allem im Kraftwerks- oder Energiebereich Verwendung, wo kompressible Gase in definierten Volumen- bzw. Druckzuständen einem Prozess zur Verfügung gestellt werden müssen. A compressor, also known by the term "compressor", is a fluid energy machine used to compress gases. Compressors are mainly used in the power plant or energy sector, where compressible gases in defined volume or pressure conditions must be made available to a process.

Der Antriebsstrang umfasst einen mit konstanter Drehzahl betreibbaren elektrischen Hauptmotor und eine mit veränderlicher Drehzahl betreibbare elektrische Regulatormaschine, die im Folgenden auch einfach als „Regulator“ bezeichnet sein kann. Beispielsweise kann die elektrische Regulatormaschine mithilfe eines Frequenzumrichters mit veränderlicher Drehzahl betreibbar sein. Beispielsweise wird der Hauptmotor konstant bei 1500 U/min und der Regulator mit einer Drehzahl typischerweise zwischen 0 und 3000 U/min betrieben, so dass die Arbeitsmaschine variabel in einem Drehzahlbereich von 7000 bis 10.500 U/min betrieben werden kann. The powertrain includes a constant speed electric main motor and a variable speed electric regulator machine, which may also be referred to simply as a "regulator" hereinafter. For example, the regulator electrical machine may be operable using a variable speed AC drive. For example, the main motor is constantly operated at 1500 rpm and the regulator is operated at a speed typically between 0 and 3000 rpm, so that the work machine can be operated variably in a speed range of 7000 to 10,500 rpm.

Dabei ist die Nenn-Leistung des Hauptmotors größer als die Nenn-Leistung der Regulatormaschine: P_M > P_R. Die Regulatormaschine kann sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden. Im ersteren Fall sind die Leistungen PM, PR von Motor und Regulator positiv, im letzteren Fall ist nur die Leistung PM des Hauptmotors positiv, die Leistung PR des Regulators dagegen negativ, d.h. die vom Regulator generierte elektrische Energie kann in das Netz zurückgespeist werden. The rated output of the main motor is greater than the rated output of the regulator machine: P_M> P_R. The Regulatormaschine can be operated both motor and generator. In the former case, the outputs PM, PR of motor and regulator are positive, in the latter case only the power PM of the main motor is positive, while the power PR of the regulator is negative, i. The electrical energy generated by the regulator can be fed back into the grid.

Außerdem umfasst der Antriebsstrang ein Planeten-Überlagerungsgetriebe mit einem innenverzahnten Hohlrad, einem Sonnenrad und einem Planetenträger mit darin drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden Planetenrädern. In addition, the drive train includes a planetary superposition gear with an internally toothed ring gear, a sun gear and a planet carrier with rotatably mounted therein, meshing with the ring gear and the sun gear planetary gears.

Das Getriebe weist dabei zwei jeweils mit dem Hauptmotor und der Regulatormaschine gekoppelte Eingangswellen und eine Ausgangswelle zum Anschluss der Arbeitsmaschine auf. Dabei sind die zwei Eingangswellen jeweils mit genau einer unterschiedlichen Getriebekomponente aus folgender Gruppe von Getriebekomponenten rotatorisch gekoppelt: Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad. Die Ausgangswelle ist mit der verbleibenden, dritten Getriebekomponente aus der besagten Gruppe von Getriebekomponenten rotatorisch gekoppelt. Die rotatorische Kupplung ist vorzugsweise eine drehfeste Verbindung. The transmission has two input shafts each coupled to the main motor and the regulator machine and an output shaft for connecting the work machine. The two input shafts are each rotatably coupled to exactly one different transmission component from the following group of transmission components: ring gear, planet carrier and sun gear. The output shaft is rotationally coupled to the remaining, third transmission component of said group of transmission components. The rotary coupling is preferably a non-rotatable connection.

Hinsichtlich der Kopplung von Hauptmotor, Regulatormaschine und Arbeitsmaschine mit den Getriebekomponenten Hohlrad, Planetenträger und Sonnenrad existieren also insgesamt die in Tabelle 1 zusammengestellten sechs unterschiedlichen Konfigurationen 1 bis 6. Je nach Konfiguration bewirkt das Getriebe eine Übersetzung ins Schnelle oder ins Langsame. Tabelle 1: Konfiguration 1 2 3 4 5 6 Hohlrad M M R R C C Planetenträger R C M C M R Sonnenrad C R C M R M mit M = Hauptmotor, R = Regulator, C = Arbeitsmaschine. With regard to the coupling of the main motor, regulator machine and machine with the gear components ring gear, planet carrier and sun so there are a total of six different configurations 1 to 6 compiled in Table 1. Depending on the configuration, the transmission causes a translation into fast or slow. Table 1: configuration 1 2 3 4 5 6 ring gear M M R R C C planet carrier R C M C M R sun C R C M R M with M = main engine, R = regulator, C = work machine.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
Hochfahren des Hauptmotors aus dem Stillstand auf eine konstante Nenndrehzahl des Hauptmotors; Hochfahren der Regulatormaschine aus dem Stillstand auf eine vorgegebene Drehzahl der Regulatormaschine; und Antreiben der Ausgangswelle mit einer Drehzahl, die sich aus einer durch das Planeten-Überlagerungsgetriebe definierten Überlagerung der Drehzahl des Hauptmotors und der Drehzahl der Regulatormaschine ergibt. The method according to the invention comprises the following steps:
Starting the main motor from standstill to a constant rated speed of the main motor; Starting the regulator machine from standstill to a predetermined speed of the regulator machine; and driving the output shaft at a speed resulting from a superposition of the speed of the main motor and the speed of the regulator machine as defined by the planetary superposition gear.

Weiterhin besteht eine Möglichkeit zum vollständig redundanten Notlauf über eine Auslegung mit dem Referenzpunkt innerhalb des Betriebsbereiches, in dem beide E-Maschinen, d.h. der Elektromotor und die Regulatormaschine, netzsynchron laufen. Dies ist insbesondere bei einem relativ großen Hauptmotor sinnvoll. Der Referenzpunkt ist dabei der Drehzahlnullpunkt des Regulators, d.h. er kennzeichnet den Betriebszustand, in dem der Regulator still steht. Bei einem Ausfall des Umrichters kann somit ein Notbetrieb ohne irgendeine Regeleinrichtung erfolgen, da das Netz die Drehzahl und die Leistung fixiert. Eine Volumenkontrolle erfolgt, wie heute oftmals noch üblich, über einen Bypass. Furthermore, there is a possibility for fully redundant emergency running via a design with the reference point within the operating range in which both E-machines, i. the electric motor and the regulator machine, run synchronously. This is especially useful for a relatively large main engine. The reference point is the speed zero of the regulator, i. It indicates the operating state in which the regulator is stationary. In case of failure of the inverter can thus be an emergency operation without any control device, since the network fixes the speed and power. A volume control takes place, as is often still common today, via a bypass.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine erste Möglichkeit zum Betreiben des Hauptmotors M besteht darin, ihn synchron direkt an einem Netz mit einer relativ niedrigen Netzspannung, z.B. von ca. 8 bis 10 kV, zu betreiben. Eine zweite Möglichkeit zum Betreiben des Hauptmotors M besteht darin, ihn über einen Transformator an einem Netz mit einer relativ hohen Netzspannung, z.B. von ca. 110 kV, zu betreiben. A first way of operating the main motor M is to synchronize it directly to a network with a relatively low mains voltage, e.g. from about 8 to 10 kV, to operate. A second way of operating the main motor M is to connect it via a transformer to a mains having a relatively high mains voltage, e.g. of about 110 kV, to operate.

Zum Anfahren des Antriebsstrangs, d.h. dem Auf-Drehzahlbringen des Antriebsstrangs, gibt es unterschiedliche Verfahren. Mit dem Begriff „hochfahren“ wird das Verfahren bezeichnet, einen Motor bzw. eine Maschine im unbelasteten Zustand auf Drehzahl zu bringen. To start the powertrain, i. There are different procedures for powering up the powertrain. The term "start up" refers to the process of bringing a motor or a machine up to speed in the unloaded state.

Ein erstes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren I) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:

– Die Regulatormaschine (R) wird elektrisch oder mechanisch gebremst auf Stillstand gehalten, während der Hauptmotor M mit dem Netz verbunden wird. Eine mechanische Bremsung kann beispielsweise mithilfe einer zweiten Bremsvorrichtung erfolgen.
– Der Hauptmotor M wird aus dem Stillstand zu dem Referenzpunkt RP hochgefahren; und
– Die Bremsung der Regulatormaschine R wird aufgehoben, sobald der Hauptmotor den Referenzpunkt RP erreicht hat.

A first method for operating the drive train (= start-up I) relates to the startup of the drive train and has the following steps:

- The Regulatormaschine (R) is electrically or mechanically braked held to a standstill, while the main motor M is connected to the network. Mechanical braking can for example be done by means of a second braking device.
- The main motor M is raised from standstill to the reference point RP; and
- The braking of the regulating machine R is canceled as soon as the main motor has reached the reference point RP.

Die Regulatormaschine R wird also elektrisch oder mechanisch auf Stillstand gebremst, während der Hauptmotor M mit dem Netz verbunden wird. Der Hauptmotor M fährt aus dem Stillstand zu dem Referenzpunkt RP hoch, d.h. fährt sozusagen der Regulatormaschine R entgegen. Bei Erreichen des Referenzpunkts RP wird die Bremsung der Regulatormaschine R aufgehoben. The regulator machine R is thus braked electrically or mechanically to a standstill, while the main motor M is connected to the network. The main motor M goes from standstill to the reference point RP high, i. drives against the regulator machine R, so to speak. When the reference point RP is reached, the braking of the regulating machine R is canceled.

Ein zweites Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren II) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:

– Der Hauptmotor M wird mit dem Netz verbunden und aus dem Stillstand hochgefahren; und
– Parallel dazu wird die Regulatormaschine R, abhängig von der Drehzahl des Hauptmotors, hochgefahren, mit nR = f(nM), mit nR = Drehzahl der Regulatormaschine R, nM = Drehzahl des Hauptmotors M, wobei die Drehzahl nM des Hauptmotors M eine Funktion verschiedener System-Werte a, b, c, ... ist: nM = f(a, b, c, ...). Der Hauptmotor M wird also mit dem Netz verbunden und aus dem Stillstand hochgefahren. Parallel dazu wird die Regulatormaschine R abhängig von der Drehzahl des Hauptmotors hochgefahren.

A second method for operating the drive train (= start-up II) relates to the startup of the drive train and has the following steps:

- The main motor M is connected to the grid and started up from standstill; and
Parallel to this, the regulator machine R is started up, depending on the speed of the main engine, with nR = f (nM), with nR = speed of the regulating machine R, nM = speed of the main motor M, the speed nM of the main motor M being a function of different System values a, b, c, ... are: nM = f (a, b, c, ...). The main motor M is thus connected to the grid and started up from standstill. In parallel, the regulator machine R is started up depending on the speed of the main engine.

Ein drittes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren III) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:

– Als Ausgangszustand wird die mit der Arbeitsmaschine C verbundene Ausgangswelle des Getriebes G im Stillstand gehalten, so dass die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C gleich Null ist: nC = 0. Die Bremsung kann beispielsweise mithilfe einer ersten Bremsvorrichtung B1 erfolgen.
– In diesem Ausgangszustand wird der Hauptmotor M durch die Regulatormaschine R aus dem Stillstand hochgefahren, bis das Netz N und der Hauptmotor M synchron sind;
– In diesem synchronen Zustand wird der Hauptmotor M mit dem Netz verbunden und die Bremse B1 gelöst.

A third method for operating the drive train (= approaching III) relates to the startup of the drive train and has the following steps:

- As output state, the output shaft of the transmission G connected to the work machine C is kept at a standstill, so that the speed nC of the work machine C is zero: nC = 0. The braking can be done for example by means of a first brake device B1.
- In this initial state, the main motor M is raised by the regulator machine R from standstill until the network N and the main motor M are synchronized;
- In this synchronous state, the main motor M is connected to the network and the brake B1 is released.

Als Ausgangsbedingung wird also die mit der Arbeitsmaschine C verbundene Ausgangswelle des Getriebes G mithilfe der Bremse B1 im Stillstand gehalten, so dass die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C gleich Null ist: nC = 0. In diesem Zustand fährt die Regulatormaschine R den Hauptmotor M aus dem Stillstand hoch, bis das Netz N und der Hauptmotor M synchron sind. In diesem synchronen Zustand wird der Hauptmotor M mit dem Netz verbunden und die Bremse B1 gelöst. As output condition, therefore, the output shaft of the transmission G connected to the work machine C is stopped by means of the brake B1, so that the speed nC of the work machine C is zero: nC = 0. In this state, the regulator machine R drives the main motor M out of the Standstill until the network N and the main motor M are synchronized. In this synchronous state, the main motor M is connected to the mains and the brake B1 is released.

Ein viertes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren IV) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:
Die Schritte des o.g. „Anfahren I“ oder die Schritte des o.g. „Anfahren II“, wobei der Hauptmotor M jeweils zusätzlich mithilfe einer Anfahrhilfe für den Hauptmotor M hochgefahren wird. Dabei kann die Anfahrhilfe z.B. ein Anfahrumrichter, ein Anfahrtransformator oder ein sog. Ponymotor sein. Ein Ponymotor beschleunigt einen unbelasteten Hauptmotor auf eine vorbestimmte Drehzahl, bevor der Motor unter Last gesetzt wird. A fourth method for operating the drive train (= starting IV) relates to the startup of the drive train and has the following steps:
The steps of the above-mentioned "start-up I" or the steps of the above-mentioned "start-up II", wherein the main motor M in each case additionally by means of a traction help for the main motor M is started up. The starting aid may be, for example, a start-up converter, a starting transformer or a so-called pony motor. A pony motor accelerates an unloaded main engine to a predetermined speed before the engine is loaded.

Ein fünftes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren V) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:

– Der Hauptmotor M wird mithilfe eines der Regulatormaschine zugeordneten Umrichters hochgefahren, während die Regulatormaschine R gebremst wird, so dass die Drehzahl nR der Regulatormaschine R während des Anfahrens gleich Null ist. Der zweite Umrichter D2 dient also als Anfahrhilfe für den Hauptmotor M, mit aktivierter zweiter Bremse B2, so dass die Drehzahl nR der Regulatormaschine R während des Anfahrens gleich Null ist.

A fifth method for operating the drive train (= starting V) relates to the startup of the drive train and has the following steps:

The main motor M is raised by means of an inverter associated with the regulator machine, while the regulator machine R is braked so that the speed nR of the regulator machine R during startup is equal to zero. The second inverter D2 thus serves as traction help for the main motor M, with activated second brake B2, so that the speed nR of the regulator machine R during startup is equal to zero.

Ein sechstes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren VI) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:

– Der Hauptmotor M wird mithilfe eines der Regulatormaschine zugeordneten Umrichters hochgefahren, während die Arbeitsmaschine C gebremst wird, so dass die Drehzahl nR der Arbeitsmaschine R während des Anfahrens gleich Null ist. Der zweite Umrichter D2 dient also als Anfahrhilfe für den Hauptmotor M, mit aktivierter erster Bremse B1, so dass die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C während des Anfahrens gleich Null ist.

A sixth method for operating the drive train (= starting VI) relates to the starting of the drive train and comprises the following steps:

- The main motor M is powered up using an inverter associated with the regulator machine, while the work machine C is braked, so that the speed nR of the work machine R during startup is equal to zero. The second inverter D2 thus serves as traction help for the main motor M, with activated first brake B1, so that the speed nC of the work machine C during startup is equal to zero.

Es ist auch möglich, dass ein Ponymotor als ein zusätzlicher Beschleuniger der Arbeitsmaschine dient, wenn die Drehzahl der Arbeitsmaschine eine bestimmte Drehzahl, vorzugsweise 100 % der Nenndrehzahl, erreicht hat. It is also possible for a pony motor to serve as an additional accelerator of the work machine when the speed of the work machine has reached a certain speed, preferably 100% of the rated speed.

Es ist möglich, dass zum Abschalten des Antriebsstrangs, als Not-Aus oder als FRT (= Fault Ride Through) Kombinationen folgender Betriebszustände aktiviert werden: Aktivierung der ersten Bremse B1 und/oder Aktivierung der zweiten Bremse B2 und/oder Aktivierung des zweiten Umrichters D2 als „Herunterfahr“-Hilfe für den Hauptmotor M, analog wie beim Anfahren V oder Anfahren VI der zweite Umrichter D2 als Anfahrhilfe für den Hauptmotor M dient. Falls der Antriebsstrang bei einem Netzausfall abbremst, muss durch eine geeignete Kombination der oben genannten Elemente: erste Bremse B1, zweite Bremse B2, zweiter Umrichters D2 sichergestellt werden, dass die Summe aller Momente gleich Null ist. Dabei dienen die Bremsvorrichtungen entweder zum Feststellen/Arretieren oder als Notbremse, oder als Kombination beider Funktionen. It is possible that to switch off the drive train, as emergency stop or as FRT (Fault Ride Through) combinations of the following operating states are activated: activation of the first brake B1 and / or activation of the second brake B2 and / or activation of the second inverter D2 as a "shutdown" help for the main motor M, analogously as when starting V or starting VI, the second inverter D2 serves as traction help for the main motor M. If the powertrain decelerates in the event of a power failure, it must be ensured by a suitable combination of the above elements: first brake B1, second brake B2, second inverter D2 that the sum of all moments is equal to zero. The braking devices are used either for locking / locking or emergency brake, or as a combination of both functions.

Es ist möglich, dass zur Netzanbindung der als Drehstrommaschine ausgebildeten Regulatormaschine ein Spannungszwischenkreis-Umrichter mit Diodeneinspeisung und Zwischenkreis-Kondensator vorgesehen ist, welcher Transistoren, z.B. IGBTs, und Freilaufdioden aufweist. Hierzu wird z.B. verwiesen auf die Beschreibung in WO 2009098201 A1 (Siemens AG) 13.08.2009. Dabei weist der Umrichter eine Diodenbrücke zur Speisung des Gleichspannungszwischenkreises auf. Jede der Motorklemmen kann wahlweise an die negative oder an die positive Zwischenkreisspannung gelegt werden. Die Freilaufdioden ermöglichen es, dass die Ströme in den Maschinenzuleitungen in beliebige Richtungen fließen können. Auf diese Weise kann die Regulatormaschine nicht nur in beiden Drehrichtungen, sondern auch in beiden Momentenrichtungen betrieben werden. Die Regulatormaschine kann also sowohl motorisch als auch generatorisch arbeiten. Allerdings kann die Diodenbrücke keine Energie ins Netz zurückspeisen. Deshalb würde beim Bremsen der Zwischenkreiskondensator auf unzulässige Werte aufgeladen. Um dies zu verhindern, wird über einen zusätzlichen Transistor ein Bremswiderstand zugeschaltet, sobald die Zwischenkreisspannung einen maximalen Wert überschreitet, um die beim Bremsvorgang generierte elektrische Energie in diesem Widerstand in Abwärme umzuwandeln. It is possible for the network connection of the regulating machine embodied as a three-phase machine to provide a voltage intermediate-circuit converter with diode feed and intermediate circuit capacitor which has transistors, eg IGBTs, and freewheeling diodes. For example, refer to the description in WO 2009098201 A1 (Siemens AG) 13.08.2009. In this case, the converter has a diode bridge for feeding the DC voltage intermediate circuit. Each of the motor terminals can optionally be connected to the negative or positive DC link voltage. The freewheeling diodes allow the currents in the machine leads to flow in any direction. In this way, the Regulatormaschine can be operated not only in both directions, but also in both directions of moments. The Regulatormaschine can thus work both motorized and regenerative. However, the diode bridge can not feed energy back into the grid. Therefore, during braking, the DC link capacitor would be charged to impermissible values. In order to prevent this, a braking resistor is switched on via an additional transistor as soon as the intermediate circuit voltage exceeds a maximum value in order to convert the electrical energy generated in the braking process into waste heat in this resistor.

Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem mit einer Arbeitsmaschine gekoppelten Antriebsstrang, wobei die Arbeitsmaschine ein Kompressor ist, insbesondere ein im Bereich der Öl- und/oder Gasförderung eingesetzter Kompressor. The object is also achieved by an application of the method according to one of the preceding claims in a drive train coupled to a work machine, wherein the work machine is a compressor, in particular a compressor used in the field of oil and / or gas production.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bewirkt das Planeten-Überlagerungsgetriebe eine Übersetzung ins Schnelle: i < 1. Dies ist besonders vorteilhaft, falls die Arbeitsmaschine ein Kompressor ist. According to an advantageous embodiment, the planetary superimposed gear causes a translation into the fast: i <1. This is particularly advantageous if the working machine is a compressor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung bewirkt das Planeten-Überlagerungsgetriebe eine Übersetzung ins Langsame: i > 1. Dies ist besonders vorteilhaft, falls die Arbeitsmaschine ein Förderantrieb ist. According to an advantageous embodiment, the planetary superposition gear causes a translation into slow: i> 1. This is particularly advantageous if the machine is a conveyor drive.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die Arbeitsmaschine einen relativ kleinen Regelbereich für die Drehzahl, d.h. die Soll-Drehzahl der Arbeitsmaschine ist im Betrieb nur innerhalb eines relativ engen Bereichs zu variieren. Das hat Vorteile hinsichtlich der Auslegung des Antriebsstrangs: Je kleiner der Regelbereich der Arbeitsmaschine ist, desto kleiner kann der Regulator ausgelegt werden. According to an advantageous embodiment, the working machine has a relatively small control range for the rotational speed, i. the desired speed of the work machine is to vary in operation only within a relatively narrow range. This has advantages with regard to the design of the drive train: the smaller the control range of the driven machine, the smaller the regulator can be designed.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kennlinie der Arbeitsmaschine eine progressive Kennlinie, im Gegensatz zu einer degressiven oder linearen Kennlinie. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die progressive Kennlinie der Arbeitsmaschine, gegeben als Leistung P als Funktion der Drehzahl n, die Form einer Parabel der Ordnung n. According to an advantageous embodiment, the characteristic of the working machine is a progressive characteristic, in contrast to a degressive or linear characteristic. According to an advantageous embodiment, the progressive characteristic of the working machine, given as power P as a function of the rotational speed n, has the form of a parabola of order n.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hauptmotor vierpolig ausgeführt und mit einer konstanten Drehzahl von 1500 U/min betreibbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Komponenten des Antriebsstrangs Standardbauteile und somit einfach zu beschaffen sind. According to an advantageous embodiment, the main engine is designed with four poles and can be operated at a constant speed of 1500 rpm. The advantage here is that the components of the drive train standard components and thus easy to procure.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hohlrad in fliegender Lagerung nur auf der dem Hauptmotor zugewandten Seite gelagert. Durch diese Anordnung wird der Bauraum des Planetengetriebes besser ausgenutzt. According to an advantageous embodiment, the ring gear is mounted in flying storage only on the main engine side facing. By this arrangement, the space of the planetary gear is better utilized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Hauptmotor und der Regulator auf einer der Ausgangswelle gegenüberliegenden Seite des Getriebes angeordnet. Ein Vorteil einer Anordnung des Regulators auf der Motorseite ist, dass die mit dem Kompressor zu verbindende Ausgangswelle möglichst kurz gehalten werden kann. Das hat Vorteile in Bezug auf die Fliehkraft, die bei hohen Drehzahlen bedeutend wird. According to an advantageous embodiment of the main motor and the regulator are arranged on one of the output shaft opposite side of the transmission. An advantage of an arrangement of the regulator on the engine side is that the output shaft to be connected to the compressor can be kept as short as possible. This has advantages in terms of centrifugal force, which becomes significant at high speeds.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Regulator zwischen dem Hauptmotor und dem Getriebe angeordnet. Durch diese Anordnung wird der Bauraum des Antriebsstrangs besser ausgenutzt. According to an advantageous embodiment, the regulator is arranged between the main engine and the transmission. By this arrangement, the space of the drive train is better utilized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Regulator in Bezug auf das Getriebe auf der Seite der Ausgangswelle angeordnet. Durch diese Anordnung wird der Bauraum des Antriebsstrangs besser ausgenutzt. According to an advantageous embodiment of the regulator is arranged with respect to the transmission on the side of the output shaft. By this arrangement, the space of the drive train is better utilized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Antriebsstrang mehrere Regulatoren auf. Beispielsweise können jeweils ein oder mehrere Regulatoren an/in das Getriebe, z.B. an/in den Planetenträger und/oder an/in die Hohlwelle, und/oder an/in den Motor integriert sein. Es ist auch möglich, dass mehrere Regulatoren im Sinne einer Leistungsverzweigung über den Rotationsumfang einer anzutreibenden Komponente verteilt ein Drehmoment auf die anzutreibende Komponente aufbringen. Es ist möglich, dass der Regulator in den Hauptmotor integriert ist, z.B. in Form eines Torquemotors. According to an advantageous embodiment, the drive train on several regulators. For example, one or more regulators may be connected to / in the transmission, e.g. on / in the planet carrier and / or on / in the hollow shaft, and / or be integrated on / in the motor. It is also possible for a plurality of regulators distributed in the sense of a power split over the rotational extent of a component to be driven to apply a torque to the component to be driven. It is possible that the regulator is integrated in the main engine, e.g. in the form of a torque motor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Leistungsverhältnis von Hauptmotor zu Regulator im Bereich von ca. 105:70. Der Vorteil dieser Leistungsverteilung der beiden elektrischen Motoren liegt in einer progressive Kennlinie bzw. Antriebs-Architektur. According to an advantageous embodiment, the power ratio of main motor to regulator in the range of about 105: 70. The advantage of this power distribution of the two electric motors lies in a progressive characteristic or drive architecture.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Regulator über ein Vorgelege, vorzugsweise mit Zwischenrad, mit dem Planetengetriebe gekoppelt. According to an advantageous embodiment, the regulator is coupled via a countershaft, preferably with intermediate gear, with the planetary gear.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Regulator in den Hauptmotor oder das Getriebe integriert. Durch diese Anordnung wird der Bauraum besser ausgenutzt. According to an advantageous embodiment, the regulator is integrated in the main engine or the transmission. By this arrangement, the space is better utilized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Hauptmotor und der Regulator in das Getriebe integriert. Durch diese Anordnung wird der Bauraum besser ausgenutzt. According to an advantageous embodiment, the main motor and the regulator are integrated in the transmission. By this arrangement, the space is better utilized.

Es ist möglich, dass die Planetenräder als Stufenplaneten ausgebildet sind. Es ist möglich, dass die Planetenräder gerade- oder schrägverzahnt sind. It is possible that the planet gears are designed as stepped planets. It is possible that the planet wheels are straight or helical teeth.

Es ist möglich, dass mindestens einer der elektrischen Motoren eine Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine oder eine doppeltgespeiste Maschine ist. It is possible that at least one of the electric motors is an asynchronous machine, a synchronous machine or a double-fed machine.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Arbeitsmaschine ein Kompressor. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt die Anwendung des Kompressors im Bereich der Öl- und/oder Gasförderung. According to an advantageous embodiment, the working machine is a compressor. According to an advantageous embodiment, the application of the compressor is in the field of oil and / or gas extraction.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert. Es zeigt jeweils schematisch und nicht maßstabsgetreu In the following the invention will be explained with reference to several embodiments with the aid of the drawing. It shows in each case schematically and not to scale

1 einen Antriebsstrang zum Antrieb eines Kompressors; 1 a drive train for driving a compressor;

2 eine erste Alternative, wie der Hauptmotor und der Regulator eines Antriebsstrangs mit dem Planetengetriebe gekoppelt sind; 2 a first alternative of how the main engine and the governor of a powertrain are coupled to the planetary gearbox;

3 eine zweite Alternative, wie der Hauptmotor und der Regulator eines Antriebsstrangs mit dem Planetengetriebe gekoppelt sind; 3 a second alternative of how the main engine and the drivetrain regulator are coupled to the planetary gearing;

4 eine erste Betriebsart eines Antriebsstrangs; 4 a first mode of a powertrain;

5 eine weitere Betriebsart eines Antriebsstrangs; 5 another mode of a powertrain;

6 eine weitere Betriebsart eines Antriebsstrangs; 6 another mode of a powertrain;

7 eine Ausgestaltung, bei der der Regulator in Bezug auf das Getriebe auf der Seite der Ausgangswelle angeordnet ist; 7 an embodiment in which the regulator is disposed on the side of the output shaft with respect to the transmission;

8 eine Ausgestaltung, bei der der Regulator koaxial zu dem Hauptmotor angeordnet ist; 8th an embodiment in which the regulator is arranged coaxially with the main motor;

9 eine Ausgestaltung, bei der der Hauptmotor und der Regulator auf einer der Ausgangswelle gegenüberliegenden Seite des Getriebes angeordnet sind; 9 an embodiment in which the main motor and the regulator are arranged on an opposite side of the transmission of the output shaft;

10 eine Ausgestaltung, bei der der Regulator zwischen dem Hauptmotor und dem Getriebe angeordnet ist; 10 an embodiment in which the regulator is arranged between the main engine and the transmission;

11 eine weitere Ausgestaltung eines Antriebsstrangs zum Antrieb eines Kompressors; 11 a further embodiment of a drive train for driving a compressor;

12 ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Anfahren des in 11 dargestellten Antriebsstrangs beschreibt; und 12 a diagram showing a method for starting the in 11 described drive train describes; and

13 ein Diagramm, welches ein weiteres Verfahren zum Anfahren des in 11 dargestellten Antriebsstrangs beschreibt. 13 a diagram showing another method for starting the in 11 described drive train describes.

1 zeigt einen Antriebsstrang zum Antrieb einer Arbeitsmaschine C, z.B. eines Kompressors. Der Antriebsstrang umfasst einen mit konstanter Drehzahl betreibbaren elektrischen Hauptmotor M und einen mit veränderlicher Drehzahl betreibbaren elektrischen Regulator R, wobei die Nenn-Leistung P_M des Hauptmotors M größer ist als die Nenn-Leistung P_R des Regulators R: P_M > P_R. 1 shows a drive train for driving a work machine C, such as a compressor. The drive train comprises a main motor M which can be operated at constant speed and has a variable speed operable electrical regulator R, wherein the rated power P_M of the main motor M is greater than the rated power P_R of the regulator R: P_M> P_R.

Der Hauptmotor M ist mittels eines ersten Schalters SH über eine elektrische Leitung 4 mit einem Stromnetz N verbindbar. Dadurch wird der Hauptmotor M bei konstanter Netzfrequenz, z.B. 50/60 Hz, mit einer gleichbleibenden Drehzahl betrieben. Der Regulator R ist mittels eines zweiten Schalters SH über eine elektrische Leitung 4 mit dem Stromnetz N verbindbar. Zwischen das Netz N und den Regulator R sind ein Transformator T und ein Frequenzumrichter FC geschaltet; somit kann der Regulator R mit einer variablen Drehzahl betrieben werden. Der Regulator R kann entweder motorisch oder generatorisch betrieben werden. Im motorischen Betrieb entnimmt der Regulator R dem Netz N elektrische Energie, im generatorischen Betrieb speist der Regulator elektrische Energie in das Netz N. The main motor M is connected via a first switch SH via an electrical line 4 connectable to a power grid N As a result, the main motor M is operated at a constant mains frequency, for example 50/60 Hz, at a constant speed. The regulator R is connected by means of a second switch SH via an electrical line 4 connectable to the power grid N Between the network N and the regulator R, a transformer T and a frequency converter FC are connected; Thus, the regulator R can be operated at a variable speed. The regulator R can be operated either by motor or generator. In motor operation, the regulator R draws the network N electrical energy, in generator mode, the regulator feeds electrical energy into the network N.

Der Antriebsstrang umfasst auch ein Planeten-Überlagerungsgetriebe G. Der Hauptmotor M ist mit einer ersten Eingangswelle 2 des Getriebes G verbunden. Der Regulator R ist mit einer zweiten Eingangswelle 3 des Getriebes G verbunden. The powertrain also includes a planetary superposition gear G. The main motor M is provided with a first input shaft 2 connected to the transmission G. The regulator R is provided with a second input shaft 3 connected to the transmission G.

2 zeigt die Bauteile des Getriebes G: Ein Hohlrad H, ein Sonnenrad S und ein Planetenträger PT mit darin drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad H und dem Sonnenrad S kämmenden Planetenrädern Pt. Der Antriebsstrang umfasst außerdem eine Ausgangswelle 10 zum Anschluss der Arbeitsmaschine C, die gemäß einer vorgegebenen Kennlinie zu betreiben ist. Dabei kann, wie in 2 dargestellt, der Hauptmotor M mit dem Hohlrad H und der Regulator R mit dem Planetenträger PT rotatorisch gekoppelt, d.h. eine Drehbewegung der Ausgangswellen des Hauptmotors bzw. des Regulators im motorischen Betrieb wird in Drehungen der damit gekoppelten Bauteile des Planetengetriebes G übertragen. Gemäß einer alternativen Konfiguration ist, wie in 3 dargestellt, der Hauptmotor M mit dem Planetenträger PT und der Regulator R mit dem Hohlrad H rotatorisch gekoppelt. In jeder der beiden Alternativen ist das Sonnenrad S mit der Ausgangswelle 10 und somit der Arbeitsmaschine C gekoppelt. Ebenfalls ist in jeder der beiden Alternativen der Regulator R über ein Vorgelege V mit dem Planetenträger PT oder dem Hohlrad H gekoppelt. Das Planeten-Überlagerungsgetriebe G bewirkt beispielsweise eine Übersetzung ins Schnelle: i < 1, d.h. die Drehfrequenz der Ausgangswelle 10 ist größer als die der Eingangswellen des Getriebes G, die mit dem Hauptmotor M bzw. dem Regulator R verbunden sind. 2 shows the components of the transmission G: A ring gear H, a sun gear S and a planet carrier PT with rotatably mounted therein, with the ring gear H and the sun gear S meshing planetary gears Pt. The powertrain also includes an output shaft 10 for connection of the work machine C, which is to operate according to a predetermined characteristic. It can, as in 2 shown, the main motor M rotatably coupled to the ring gear H and the regulator R to the planet carrier PT, ie, a rotational movement of the output shafts of the main motor and the regulator in the engine operation is transmitted in rotations of the coupled therewith components of the planetary gear G. According to an alternative configuration, as in 3 shown, the main motor M rotationally coupled to the planet carrier PT and the regulator R with the ring gear H. In each of the two alternatives, the sun gear S is connected to the output shaft 10 and thus the work machine C coupled. Likewise, in each of the two alternatives, the regulator R is coupled via a countershaft V to the planet carrier PT or the ring gear H. For example, the planetary superposition gear G effects a speed-up translation: i <1, that is, the rotational frequency of the output shaft 10 is greater than that of the input shafts of the transmission G, which are connected to the main motor M and the regulator R.

4 bis 6 zeigen drei Leistungs-Drehzahl-Diagramme für einen Kompressor als Arbeitsmaschine C, in denen die Leistung P über der Drehzahl n aufgetragen wird. Dabei wird die Leistung P prozentual als Quotient von tatsächlicher Leistung P_Ist zu Nennleistung P_Nenn angegeben. Dabei wird die Drehzahl n prozentual als Quotient von tatsächlicher Drehzahl nIst zu Nenndrehzahl nNenn angegeben. Der Kompressor wird entlang der angegebenen progressiven Kennlinie K betrieben, welche einer Parabel der Ordnung n folgt. Der Hauptmotor M wird konstant bei typischerweise 1500 U/min und der Regulator R zwischen 0 und 3000 U/min betrieben, so dass der Kompressor C variabel in einem Drehzahlbereich von 70 bis 105 Prozent seiner Nenndrehzahl betrieben werden kann, d.h. bei einer Nenndrehzahl von 10.000 U/min in einem Drehzahlbereich von 7000 bis 10.500 U/min. 4 to 6 show three power-speed diagrams for a compressor as a work machine C, in which the power P is plotted against the speed n. The power P is given as a percentage of the actual power P_actual to nominal power P_nom. The speed n is given as a percentage of the actual speed nIst to the rated speed nNom. The compressor is operated along the indicated progressive characteristic K, which follows a parabola of order n. The main motor M is operated at a constant typically 1500 rpm and the regulator R between 0 and 3000 rpm, so that the compressor C can be variably operated in a speed range of 70 to 105 percent of its rated speed, ie at a rated speed of 10,000 RPM in a speed range of 7000 to 10,500 rpm.

4 bis 6 zeigen drei unterschiedliche Betriebsmodi, in denen der Antriebsstrang zum Antrieb des Kompressors C verwendet werden kann. Der Vollumrichter FC gewährleistet den Betrieb des Regulators R in vier Quadranten und mit angepasster Kennlinie. Die Wahl eines Referenzpunktes RP bestimmt den Bereich des motorischen und des generatorischen Betriebs des Regulators R und des Umrichters FC. Der Referenzpunkt RP ist dabei der Drehzahlnullpunkt des Regulators R, d.h. er kennzeichnet den Betriebszustand, in dem der Regulator R stillsteht. 4 to 6 show three different operating modes in which the drive train for driving the compressor C can be used. The full converter FC ensures the operation of the regulator R in four quadrants and with an adapted characteristic curve. The choice of a reference point RP determines the range of motor and generator operation of the regulator R and the inverter FC. The reference point RP is the speed zero of the regulator R, ie it indicates the operating state in which the regulator R is stationary.

4 zeigt einen ersten Modus, in dem der Regulator R stets als Motor betrieben wird („mot“). Der Referenzpunkt RP liegt bei der Drehzahl 41 des Hauptmotors M. Durch Änderung der Drehzahl 42 des motorisch betriebenen Regulators R zwischen einem Wert Null und einem Wert N kann die Drehzahl der Ausgangswelle 10 in einem mit „mot“ gekennzeichneten Bereich verändert werden. 4 shows a first mode in which the regulator R is always operated as a motor ("mot"). The reference point RP is at the speed 41 of the main engine M. By changing the speed 42 of the motor-operated regulator R between a value zero and a value N, the rotational speed of the output shaft 10 be changed in an area marked "mot".

5 zeigt einen zweiten Modus, in dem der Regulator R entweder generatorisch 51 („gen“) oder motorisch 52 („mot“) betrieben wird. Der Referenzpunkt RP liegt inmitten des Drehzahlbereichs der Ausgangswelle 10; er trennt den Bereich des generatorischen Betriebs „gen“ und des motorischen Betriebes „mot“ des Regulator R. Am Referenzpunkt RP ist die Drehzahl des Regulators R Null; rechts davon ist sie positiv (Drehung des Regulators R in eine erste Richtung), links davon ist sie negativ (Drehung Regulator R in eine entgegengesetzte Richtung). 5 shows a second mode in which the regulator R either regenerative 51 ("Gen") or motor 52 ("Mot") is operated. The reference point RP is located in the middle of the speed range of the output shaft 10 ; it separates the range of the generator operation "gen" and the motor operation "mot" of the regulator R. At the reference point RP, the speed of the regulator R is zero; to the right of which it is positive (rotation of the regulator R in a first direction), to the left of which it is negative (rotation regulator R in an opposite direction).

6 zeigt einen dritten Modus, in dem der Regulator R motorisch 62 („mot“) betrieben wird, wobei er stets eine Mindestdrehzahl 61 aufweist, d.h. nie still steht. Der Referenzpunkt RP liegt unterhalb des Drehzahlbereichs der Ausgangswelle 10, an einem Punkt, der der Drehzahl des Hauptmotors M entspricht. Da der Regulator R immer eine Mindestdrehzahl 61 aufweist, liegt der Drehzahlbereichs der Ausgangswelle 10 rechts von dem Referenzpunkt RP. 6 shows a third mode in which the regulator R motorized 62 ("Mot") is operated, whereby he always has a minimum speed 61 has, ie never stands still. The reference point RP is below the speed range of the output shaft 10 at a point corresponding to the rotational speed of the main motor M. Since the regulator R always a minimum speed 61 has, lies the speed range of the output shaft 10 to the right of the reference point RP.

Weiterhin existiert ein Betriebsverfahren, in dem der Regulator R nur generatorisch betrieben wird. Dieser Punkt ist nur in Sonderfällen sinnvoll zu betreiben, da er energetisch weniger sinnvoll ist, jedoch kann u.U. eine Art vorteilhafte Rutschkupplung derart aufgebaut werden. Furthermore, there is an operating method in which the regulator R is operated only as a generator. This point is only useful in special cases, since it makes less energy sense, but u.U. a kind of advantageous slip clutch are constructed in such a way.

7 zeigt eine Ausgestaltung, bei der der Regulator R in Bezug auf das Getriebe G auf der Seite der Ausgangswelle 10 angeordnet ist. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden. Das Hohlrad H ist in fliegender Lagerung nur auf der dem Hauptmotor M zugewandten Seite gelagert. 7 shows an embodiment in which the regulator R with respect to the transmission G on the side of the output shaft 10 is arranged. As a result, the available space can be optimally utilized. The ring gear H is stored in flying storage only on the main motor M side facing.

8 zeigt eine Ausgestaltung, bei der der Regulator R, welcher den Planetenträger PT antreibt, koaxial zu dem Hauptmotor M angeordnet ist, welcher das Hohlrad H antreibt. Dabei verläuft die Abtriebswelle 11 des Regulators R innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 12 des Hauptmotors M. 8th shows an embodiment in which the regulator R, which drives the planet carrier PT, coaxial with the main motor M is arranged, which drives the ring gear H. The output shaft runs 11 the regulator R within the output shaft designed as a hollow shaft 12 of the main engine M.

9 zeigt eine Ausgestaltung, bei der der Hauptmotor M und der Regulator R auf einer der Ausgangswelle 10 gegenüberliegenden Seite des Getriebes angeordnet sind. Dabei ist der Regulator über ein Vorgelege V mit dem Planetengetriebe G gekoppelt. 9 shows an embodiment in which the main motor M and the regulator R on one of the output shaft 10 are arranged opposite side of the transmission. In this case, the regulator is coupled via a countershaft V with the planetary gear G.

10 zeigt eine Ausgestaltung, bei welcher der das Hohlrad H antreibende Regulator R zwischen dem den Planetenträger PT antreibenden Hauptmotor M und dem Getriebe G angeordnet ist. 10 shows an embodiment in which the the ring gear H driving regulator R between the planet carrier PT driving main motor M and the transmission G is arranged.

11 zeigt schematisch einen Antriebsstrang gemäß 2, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Zusätzlich weist die Ausgangswelle 10 eine erste Bremsvorrichtung B1 auf, umfassend eine auf der Ausgangswelle 10 drehfest angeordnete Bremsscheibe, die durch Bremsbacken beaufschlagt werden kann. Außerdem kann der Regulator R, der mit der zweiten Eingangswelle 3 des Getriebes gekoppelt ist, durch eine zweite Bremsvorrichtung B2 abgebremst werden. 11 schematically shows a drive train according to 2 , whose description is referenced. In addition, the output shaft points 10 a first brake device B1, comprising one on the output shaft 10 rotatably mounted brake disc, which can be acted upon by brake shoes. In addition, the regulator R, with the second input shaft 3 the transmission is decelerated by a second brake device B2.

Bei dem Hauptmotor M handelt es sich um eine fremderregte Synchronmaschine. Für den Motorbetrieb ist eine erregte Läuferwicklung (Erregerwicklung) oder ein Permanentmagnet notwendig, um ein Erregerfeld zu erzeugen. Außerdem muss über die Ständerwicklungen elektrische Energie zugeführt werden, damit der Drehstrom-Synchronmotor ein Drehmoment an der ersten Eingangswelle 2 des Getriebes abgeben kann. Die Erregung durch eine von einem ersten Umrichter D1 bereitgestellte Gleichspannung generiert. Die elektrische Energie wird der Synchronmaschine über den Schalter SH aus dem dreiphasigen Netz N zugeführt. Bevor die Synchronmaschine M ans Netz N geschaltet wird, muss sie mit dem Netz synchronisiert werden. The main motor M is a separately excited synchronous machine. For motor operation, an energized rotor winding (excitation winding) or a permanent magnet is necessary to generate a field of excitation. In addition, electrical power must be supplied via the stator windings, so that the three-phase synchronous motor torque on the first input shaft 2 of the transmission can deliver. The excitation is generated by a DC voltage provided by a first converter D1. The electrical energy is supplied to the synchronous machine via the switch SH from the three-phase network N. Before the synchronous machine M is switched to the network N, it must be synchronized with the network.

Vorteile der fremderregten Synchronmaschine sind, dass sie ein sehr robuster Maschinentyp mit bewährter Auslegung und Produktion ist, einen guten Wirkungsgrad im gesamten Betriebsbereich aufweist, eine gute Leistungsdichte im gesamten Betriebsbereich zeigt, keine teuren Werkstoffe benötigt und einfach in Bezug auf System-/Umrichterausfälle ist: ist der Umrichter aus, liegt Drehmomentfreiheit vor, d.h. ein „sog. sicherer Zustand“ in der Functional-Safety-Analyse. Advantages of the externally-excited synchronous machine are that it is a very robust machine type with proven design and production, has good efficiency throughout the operating range, shows good power density throughout the operating range, does not require expensive materials and is simple in terms of system / converter failures: If the inverter is off, there is no torque, ie a so-called safe state "in the Functional Safety Analysis.

Die Regulatormaschine R ist über einen zweiten Umrichter D2 mit dem dreiphasigen Netz N koppelbar, d.h. mittels eines Schalters SH zu- und abschaltbar. Der zweite Umrichter D2 sorgt dabei für die Drehzahlvariabilität der Regulatormaschine R. The regulator machine R can be coupled to the three-phase network N via a second converter D2, i. switched on and off by means of a switch SH. The second inverter D2 ensures the speed variability of the regulator machine R.

Ein erstes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren I) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:
Die Regulatormaschine R wird elektrisch oder mechanisch auf Stillstand gebremst, während der Hauptmotor M mit dem Netz verbunden wird. Der Hauptmotor M fährt aus dem Stillstand zu dem Referenzpunkt RP hoch, d.h. fährt sozusagen der Regulatormaschine R entgegen. Bei Erreichen des Referenzpunkt RP wird die Bremsung der Regulatormaschine R aufgehoben. A first method for operating the drive train (= start-up I) relates to the startup of the drive train and has the following steps:
The regulator machine R is electrically or mechanically braked to a standstill while the main motor M is connected to the grid. The main motor M moves from standstill to the reference point RP high, ie, as it were, the regulatory machine R opposes. Upon reaching the reference point RP, the braking of the regulator machine R is canceled.

Ein zweites Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren II) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:
Der Hauptmotor M wird mit dem Netz verbunden und aus dem Stillstand hochgefahren. Parallel dazu wird die Regulatormaschine R abhängig von der Drehzahl des Hauptmotors hochgefahren, mit nR = f (nM), wobei nR = Drehzahl der Regulatormaschine R, nM = Drehzahl des Hauptmotors M. Dabei kann die Drehzahl nM des Hauptmotors M eine Funktion verschiedener Werte a, b, c, ... sein: nM = f(a, b, c, ...). A second method for operating the drive train (= start-up II) relates to the startup of the drive train and has the following steps:
The main motor M is connected to the mains and started up from standstill. In parallel, the regulator machine R is started up depending on the speed of the main engine, with nR = f (nM), where nR = Speed of the regulating machine R, nM = speed of the main motor M. The speed nM of the main motor M may be a function of different values a, b, c,...: NM = f (a, b, c,. ,

Ein drittes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren III) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:
Als Ausgangsbedingung wird die mit der Arbeitsmaschine C verbundene Ausgangswelle des Getriebes G mithilfe der Bremse B1 im Stillstand gehalten, so dass die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C gleich Null ist: nC = 0. In diesem Zustand fährt die Regulatormaschine R den Hauptmotor M aus dem Stillstand hoch, bis das Netz N und der Hauptmotor M synchron sind. In diesem synchronen Zustand wird der Hauptmotor M mit dem Netz verbunden und die Bremse B1 gelöst. A third method for operating the drive train (= approaching III) relates to the startup of the drive train and has the following steps:
As the initial condition, the output shaft of the transmission G connected to the work machine C is stopped by the brake B1, so that the rotational speed nC of the work machine C is zero: nC = 0. In this state, the regulator machine R drives the main motor M out of the standstill high until the network N and the main motor M are synchronous. In this synchronous state, the main motor M is connected to the mains and the brake B1 is released.

Ein fünftes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren V) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:
Der zweite Umrichter D2 dient als Anfahrhilfe für den Hauptmotor M, mit aktivierter zweiter Bremse B2, so dass die Drehzahl nR der Regulatormaschine R während des Anfahrens gleich Null ist. A fifth method for operating the drive train (= starting V) relates to the startup of the drive train and has the following steps:
The second inverter D2 serves as traction aid for the main motor M, with activated second brake B2, so that the speed nR of the regulating machine R during startup is equal to zero.

12 zeigt ein Drehzahl-Drehzahl-Diagramm des Anfahrvorgangs „Anfahren V“, in dem die Drehzahlen nM, nR von Hauptmotor M und Regulatormaschine R über der Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C aufgetragen sind. Die Drehzahl nM des Hauptmotors M wird aus dem Stillstand rampenförmig zu einer Nenndrehzahl nM,nenn des Hauptmotors M hochgefahren. Dabei ist der Hauptmotor M mit der Arbeitsmaschine C gekoppelt, so dass die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine linear mit der Drehzahl nM des Hauptmotors M zunimmt. Die Drehzahl nR der Regulatormaschine R ist während des Hochfahrens des Hauptmotors M zu seiner Nenndrehzahl nM,nenn gleich Null. Der Endpunkt der Rampe ist der Referenzpunkt nRP, an dem die Drehzahl nR der Regulatormaschine R gleich Null ist. Eine weitere Erhöhung der Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C wird durch eine Zunahme der Drehzahl nR der Regulatormaschine R erreicht. 12 shows a speed-speed diagram of the start-up operation "start V" in which the rotational speeds nM, nR of the main motor M and regulator machine R are plotted against the rotational speed nC of the work machine C. The speed nM of the main motor M is ramped from standstill to a rated speed nM, nenn the main motor M. In this case, the main motor M is coupled to the working machine C, so that the rotational speed nC of the working machine increases linearly with the rotational speed nM of the main motor M. The speed nR of the regulator machine R is at its rated speed nM during start-up of the main motor M, nenn equal to zero. The end point of the ramp is the reference point nRP, at which the speed nR of the regulator machine R is equal to zero. A further increase in the speed nC of the driven machine C is achieved by an increase in the speed nR of the regulating machine R.

Ein sechstes Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs (= Anfahren VI) betrifft das Anfahren des Antriebsstrangs und weist folgende Schritte auf:
Der zweite Umrichter D2 dient als Anfahrhilfe für den Hauptmotor M, mit aktivierter erster Bremse B1, so dass die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C während des Anfahrens gleich Null ist. A sixth method for operating the drive train (= starting VI) relates to the starting of the drive train and comprises the following steps:
The second inverter D2 serves as traction aid for the main motor M, with activated first brake B1, so that the speed nC of the work machine C during startup is equal to zero.

13 zeigt ein Drehzahl-Zeit-Diagramm des Anfahrvorgangs „Anfahren VI“, in dem die Drehzahlen nM, nR, NC von Hauptmotor M, Regulatormaschine R und Arbeitsmaschine C über der Zeit t aufgetragen sind. Die Drehzahl nM des Hauptmotors M wird aus dem Stillstand rampenförmig zu einer Nenndrehzahl nM,nenn des Hauptmotors M hochgefahren. Dabei ist der Hauptmotor M mit der Regulatormaschine R gekoppelt, so dass die Drehzahl nR der Regulatormaschine R linear mit der Drehzahl nM des Hauptmotors M zunimmt, aber mit entgegengesetztem Drehsinn. Die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine C ist während des Hochfahrens des Hauptmotors M zu seiner Nenndrehzahl nM,nenn gleich Null. In dem Moment, in dem der Hauptmotor M seine Nenndrehzahl nM,nenn erreicht, durchläuft die Drehzahl nR der Regulatormaschine R mit entgegengesetztem Drehsinn ihr Maximum und verlangsamt sich ab diesem Moment wieder. In dem Moment, in dem der Hauptmotor M seine Nenndrehzahl nM,nenn erreicht, beginnt die Drehzahl nC der Arbeitsmaschine aus dem Stillstand anzusteigen. Parallel dazu durchläuft die Drehzahl nR der Regulatormaschine R den Nullpunkt, d.h. den Stillstandspunkt der Regulatormaschine R, hin zu höheren Drehzahlen nR der Regulatormaschine R im gleichen Drehsinn wie der Hauptmotor M. 13 shows a speed-time diagram of the start-up operation "start VI" in which the rotational speeds nM, nR, NC of main motor M, regulator machine R and work machine C are plotted against the time t. The speed nM of the main motor M is ramped from standstill to a rated speed nM, nenn the main motor M. Here, the main motor M is coupled to the regulator machine R, so that the rotational speed nR of the regulator machine R increases linearly with the rotational speed nM of the main motor M, but with opposite rotational sense. The speed nC of the work machine C is during startup of the main motor M at its rated speed nM, denote zero. In the moment in which the main motor M reaches its rated speed nM, nenn, the speed nR of the regulating machine R in its opposite direction of rotation reaches its maximum and slows down again from this moment. At the moment in which the main motor M reaches its rated speed nM, nenn, the speed nC of the machine starts to rise from standstill. In parallel with this, the speed nR of the regulator machine R passes through the zero point, ie the standstill point of the regulator machine R, to higher speeds nR of the regulator machine R in the same direction of rotation as the main motor M.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2283253 B1 [0002]
WO 2009098201 A1 [0029]

Claims

A method of operating a powertrain for variable speed driving a work machine (C), comprising: - a main electric motor (M) operable at a constant speed; - a variable speed electric regulator machine (R), the rated power (P_M) of the main motor (M) greater than the rated power (P_R) of the regulator machine (R) is: P_M> P_R, and - a planetary superposition gear (G) with a ring gear (H), a sun gear (S) and a planet carrier (PT) with rotatably mounted therein, with the ring gear (H) and the sun gear (S) meshing planetary gears (Pt), wherein the transmission (G) in each case two with the main motor (M) and the Regulatormaschine (R) coupled input shafts ( 2 . 3 ) and an output shaft ( 10 ) for connecting the working machine (C), wherein the two input shafts ( 2 . 3 ) are each rotatably coupled to exactly one different transmission component from the following group of transmission components: ring gear, planetary carrier and sun gear, and the output shaft is rotationally coupled to the third transmission component of said group of transmission components, the method comprising the steps of: - raising the main engine from standstill to a constant rated speed of the main engine; - Starting the Regulatormaschine from standstill to a predetermined speed of Regulatormaschine; and - driving the output shaft at a speed resulting from a superimposition of the speed of the main motor and the speed of the regulator machine as defined by the planetary superposition gear.

The method of claim 1, wherein - The regulator machine (R) is electrically or mechanically braked held to a standstill, while the main motor (M) is connected to the network; - the main motor (M) is raised from standstill to the reference point RP; and - the braking of the regulator machine (R) is canceled as soon as the main motor has reached the reference point (RP).

The method of claim 2, wherein the main motor (M) is additionally started up using a traction.

The method of claim 1, wherein - The main motor (M) connected to the network (N) and is raised from a standstill; and - parallel to the regulator machine (R), depending on the speed (nM) of the main motor (M), is raised, with nR = f (nM), with nR = speed of the regulating machine R, nM = speed of the main motor M, wherein the Speed nM of the main motor M is a function of different system values a, b, c, ... is: nM = f (a, b, c, ...).

The method of claim 4, wherein the main motor (M) is additionally started up using a traction.

The method of claim 1, wherein - As the initial state of the machine (C) connected to the output shaft of the transmission (G) by means of a brake (B1) is held at a standstill, so that the speed (nC) of the work machine (C) is equal to zero: nC = 0 - In this initial state of the main motor (M) by the Regulatormaschine (R) is raised from standstill until the network (N) and the main motor (M) are synchronous; - In this synchronous state of the main motor (M) connected to the network (N) and the brake (B1) is released.

Method according to claim 1, wherein the main motor (M) is raised by means of an inverter while the regulating machine (R) is being braked so that the speed (nR) of the regulating machine (R) during starting is equal to zero.

The method of claim 1, wherein the main motor (M) is powered up by means of an inverter while the work machine (C) is braked, so that the speed (nR) of the work machine (R) during startup is equal to zero.

Application of the method according to one of the preceding claims in a power train coupled to a work machine, wherein the work machine is a compressor. Use according to claim 9, wherein the compressor is used in the field of oil and / or gas production.