用于起動動力系統(tǒng)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于起動動力系統(tǒng)的方法，所述動力系統(tǒng)具有驅(qū)動軸、原動機和 差速器，所述差速器具有三個驅(qū)動或從動件，其中一個從動件與驅(qū)動軸連接，一個第一驅(qū)動 件與原動機連接，而一個第二驅(qū)動件與差速驅(qū)動器連接。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行所述方法的驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 作業(yè)機械，如輸送裝置，例如栗、壓縮機和通風機或如碾磨機、破碎機、車輛等的一 個常見問題是，如何實現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)速變化的運行，或者說在高負荷下實現(xiàn)起動，因為，例如 電機、但還有內(nèi)燃機多數(shù)具有比其設(shè)計扭矩小的起動扭矩。此外，使用電機作為原動機的例 子，但該原理也適用于所有可能類型的原動機，例如適用于內(nèi)燃機。
[0004] 當前最常用的電動驅(qū)動裝置時交流電機，例如異步電機或同步電機。盡管有高的 電功率消耗，交流電機在停止運轉(zhuǎn)時不能完全機械地輸出其功率，這體現(xiàn)在高損耗和低起 動扭矩上。同時，交流電機的耗電在從零轉(zhuǎn)速起動時通常相當于額定電流的7倍，這在起動 時導致對于電網(wǎng)存在相應的高電負荷。
[0005] 因此，交流電機必須相應地設(shè)計得較大，由此，交流電機在停機時能夠提供相當于 額定扭矩的驅(qū)動扭矩，并且因此通常尺寸設(shè)計過大。也是出于這個原因，電機因此不是直接 連接在電網(wǎng)上，而是通常與變頻器相結(jié)合構(gòu)造成轉(zhuǎn)速可變的驅(qū)動裝置。由此，可以從零轉(zhuǎn)速 以高扭矩實現(xiàn)起動，而不必對電網(wǎng)施加負荷，但這種解決方法是昂貴的并且會導致明顯的 效率損失。例如根據(jù)AT 507394 A，與此相對較為經(jīng)濟并且在效率上也更好的備選方案是， 使用差速系統(tǒng)。但這里原理上的限制在于，與差速級的傳動比相關(guān)地僅能夠?qū)崿F(xiàn)較小的轉(zhuǎn) 速范圍或在所述差速模式中實際上不能在作業(yè)機械的驅(qū)動軸上實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速。
[0006] 為了實現(xiàn)這一點存在不同的可能性。根據(jù)德國實用新型DE 20 2012 101 708 U例 如可以將差速器的傳動比固定在1。以此為基礎(chǔ)，可以利用差速驅(qū)動器驅(qū)動整個動力系統(tǒng)， 或者說，將原動機帶到同步轉(zhuǎn)速并進一步使其與電網(wǎng)同步。
[0007] 這種解決方案的缺點在于，差速驅(qū)動器或其變頻器的尺寸明顯小于原動機并且因 此僅能提供相應小的扭矩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的因此是，找到一種解決方案，利用該解決方案可以在載荷下使原動 機與電網(wǎng)同步（如例如直接連接在電網(wǎng)上的電機）或加速到具有高的可供使用的扭矩的轉(zhuǎn) 速范圍并附加地可以以動力系統(tǒng)最佳的設(shè)計扭矩使作業(yè)機從零轉(zhuǎn)速起動。
[0009] 所述目的通過前面所述類型的方法這樣來實現(xiàn)，原動機從零轉(zhuǎn)速或接近零的轉(zhuǎn)速 起動，同時在驅(qū)動軸上作用外部的制動扭矩，并且在驅(qū)動軸的加速階段對第二驅(qū)動件進行 制動。
[0010] 此外，所述目的利用權(quán)利要求13的特征來實現(xiàn)。
[0011] 差速系統(tǒng)的核心是差速器，所述差速器在一個簡單的實施形式中可以是具有三個 驅(qū)動或從動件的簡單的行星齒輪傳動級，其中一個從動件與作業(yè)機械的驅(qū)動軸連接，一個 第一驅(qū)動件與原動機連接，而一個第二驅(qū)動件與差速驅(qū)動器連接。由此，作業(yè)機械可以在原 動機轉(zhuǎn)速恒定的情況下轉(zhuǎn)速可變地運行，其方式是，差速驅(qū)動器補償轉(zhuǎn)速差。
[0012] 為了將原動機從停機出發(fā)優(yōu)選帶到同步轉(zhuǎn)速并附加地其高扭矩從零轉(zhuǎn)速起動作 業(yè)機，所述起動根據(jù)本發(fā)明例如如下面所述分成3階段進行：
[0013] 階段1 :將原動機優(yōu)選用所謂的星形/三角形接線連接到電網(wǎng)上，或備選地（用特 別保護電網(wǎng)的方法）首先利用附加的裝置將其帶到（至少接近）同步轉(zhuǎn)速，然后使其與電 網(wǎng)同步。在內(nèi)燃機的情況下，則簡單地起動內(nèi)燃機并接著使其加速。這里，除了差速器的第 二驅(qū)動件的要克服的由慣性力矩引起的反作用力以外，原動機在起動期間基本上不會受到 外部的機械載荷。相反，這意味著，直到原動機達到其額定轉(zhuǎn)速之前，作用到原動機的驅(qū)動 軸上的驅(qū)動扭矩相應較小。
[0014] 階段2 :由于現(xiàn)在原動機的全部扭矩都可供使用，在第二階段在負荷下開始作業(yè) 機械的實際加速和起動，其方式是，差速傳動級的第二驅(qū)動件通過同步制動器減速。
[0015] 階段3 : -旦差速系統(tǒng)的第二驅(qū)動件的驅(qū)動軸處于差速驅(qū)動器的正常轉(zhuǎn)速范圍， 則第二驅(qū)動件承擔動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)并將同步制動器放開。
[0016] 本發(fā)明優(yōu)選的實施形式是各從屬權(quán)利要求的主題。
【附圖說明】
[0017] 下面參考附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施形式。其中：
[0018] 圖1示出用于栗驅(qū)動裝置的根據(jù)本發(fā)明的差速系統(tǒng)的原理；
[0019] 圖2示出差速系統(tǒng)的另一個根據(jù)本發(fā)明的實施形式；
[0020] 圖3示出差速系統(tǒng)的另一個根據(jù)本發(fā)明的帶有前置傳動級的實施形式；
[0021] 圖4示出栗的差速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和功率參數(shù)，
[0022] 圖5示出差速系統(tǒng)的另一個根據(jù)本發(fā)明的帶有簡化的差速驅(qū)動器的實施形式，
[0023] 圖6示出由圖5得到的轉(zhuǎn)速和功率參數(shù)，
[0024] 圖7示出差速系統(tǒng)的另一個根據(jù)本發(fā)明的帶有傳動擋位級的實施形式，
[0025] 圖8示出由圖7得到的轉(zhuǎn)速和功率參數(shù)，
[0026] 圖9示出差速系統(tǒng)的另一個根據(jù)本發(fā)明的帶有降低的轉(zhuǎn)速范圍的實施形式，
[0027] 圖10示出由圖9得到的轉(zhuǎn)速和功率參數(shù)，
[0028] 圖11示出針對所謂的栗輪機由圖9得到的轉(zhuǎn)速和功率參數(shù)，
[0029] 圖12示出用于作為原動機的內(nèi)燃機的差速系統(tǒng)的另一個根據(jù)本發(fā)明的實施形 式，以及
[0030] 圖13示出用于緩沖動力系統(tǒng)振動的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0031] 圖1示出用于以栗為例子的動力系統(tǒng)的差速系統(tǒng)的原理。這里作業(yè)機械1是栗的 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子通過驅(qū)動軸2和差速器3由原動機4驅(qū)動。原動機4優(yōu)選是中壓交流電機， 所述交流電機連接在電網(wǎng)12上，所述電網(wǎng)在所示實施例中由于中壓交流電機而是中壓電 網(wǎng)。但所選擇的電壓水平取決于具體情況并且首先取決于原動機4的功率水平，并且可以 在不對根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的基本功能產(chǎn)生影響的情況下具有任意希望的電壓水平。
[0032] 根據(jù)原動機4的極對數(shù)得到結(jié)構(gòu)形式特有的工作轉(zhuǎn)速范圍。該工作轉(zhuǎn)速范圍這里 是指原動機4提供確定的或希望的或要求的扭矩的轉(zhuǎn)速范圍，或者在電機的情況下能夠與 電網(wǎng)12同步的轉(zhuǎn)速范圍。行星齒輪架7與驅(qū)動軸2連接，原動機4與齒圈8連接，而差速 器3的太陽輪9與差速驅(qū)動器5連接。由此在該實施形式中，差速系統(tǒng)的核心是一種簡單 的行星齒輪傳動級，它具有三個驅(qū)動或從動件，其中一個從動件與作業(yè)機械1的驅(qū)動軸2連 接，第一驅(qū)動件與原動機4連接，而第二驅(qū)動件與差速驅(qū)動器5連接。
[0033] 為了能夠最佳地調(diào)整差速驅(qū)動器5的轉(zhuǎn)速范圍，在太陽輪9和差速驅(qū)動器5之間 設(shè)置調(diào)整傳動裝置10。除了所示的直齒輪級，調(diào)整傳動裝置10也可以例如是多級的或構(gòu)造 成齒形帶或鏈條機構(gòu)和/或與行星齒輪傳動級相結(jié)合。此外，利用調(diào)整傳動裝置10可以實 現(xiàn)用于差速驅(qū)動器5的軸偏移，所述軸偏移由于作業(yè)機械1與原動機4的同軸布置實現(xiàn)了 差速驅(qū)動器5的簡單構(gòu)成。電機制動器1與差速驅(qū)動器5連接，所述電機制動器在需要時 使差速驅(qū)動器5制動。差速驅(qū)動器5通過優(yōu)選低壓變頻器電連接在電網(wǎng)12上，所述低壓變 頻器包括馬達側(cè)的逆變器6a和電網(wǎng)側(cè)的逆變器6b和變壓器11。所述變壓器始終補償所有 可能存在于電網(wǎng)12和電網(wǎng)側(cè)的逆變器6b之間的電壓差并且在原動機4、電網(wǎng)側(cè)的逆變器 6b和電網(wǎng)12之間存在電壓平衡時可以取消變壓器。逆變器6a和6b通過直流中間回路連 接并且可以在需要時在空間上分離，其中馬達側(cè)的逆變器6a優(yōu)選盡可能靠近差速驅(qū)動器5 定位。這種設(shè)計構(gòu)思的主要優(yōu)點是，原動機4可以直接、即沒有復雜的功率電子裝置地連接 在電網(wǎng)12上?？勺兊霓D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與連接在電網(wǎng)上的原動機4的固定轉(zhuǎn)速之間的補償通過轉(zhuǎn) 速可變的差速驅(qū)動器5來實現(xiàn)。
[0034] 差速系統(tǒng)的扭矩公式為：
[0035] 扭矩:????? =扭矩 _$*y/x，
[0036] 其中系數(shù)y/x是差速器3中和調(diào)整傳動裝置10中的傳動比的尺度。差速驅(qū)動器5 的功率基本上與栗轉(zhuǎn)速與其基本轉(zhuǎn)速的百分比偏差和驅(qū)動軸功率的乘積成正比。相應地， 大的轉(zhuǎn)速范圍原則上要求差速驅(qū)動器5有相應大的尺寸。差速系統(tǒng)特別好地適用于小的轉(zhuǎn) 速范圍的原因也在于此，但原則上可以實現(xiàn)任意的轉(zhuǎn)速范圍。
[0037] 用于作為作業(yè)機械1的栗的差速驅(qū)動器5例如具有占系統(tǒng)總功率的約15%的功 率。這還意味著，利用差速系統(tǒng)不能在作業(yè)機械1上實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速。如果必須從零轉(zhuǎn)速以高 扭矩將作業(yè)機械1帶入其工作轉(zhuǎn)速范圍（即作業(yè)機械1主要在其中工作的轉(zhuǎn)速范圍），則這 只能這樣來實現(xiàn)，即對差速驅(qū)動器5進行制動（電動地或通過馬達制動器13)并將原動機 4連接到電網(wǎng)上。也只能非常困難地將原動機4從停止帶至額定扭矩或者為了接近加速到 同步轉(zhuǎn)速，作業(yè)機械1使用最高7倍的額定電流。通過使用所述星形/三角形接線，盡管可 以降低起動電流，但由此也降低了能實現(xiàn)的起動扭矩。
[0038] 例如通過在起動開始時將差速驅(qū)動器5帶至其最大可能的工作轉(zhuǎn)速，而實現(xiàn)了根 據(jù)本發(fā)明的改進。由于外部載荷，作業(yè)機械1在此期間保持在小轉(zhuǎn)速的范圍。由此，原動機 4被帶到這樣的轉(zhuǎn)速，這個轉(zhuǎn)速是根據(jù)作業(yè)機械1的轉(zhuǎn)速和根據(jù)差速器3以