[发明专利]重型机器的控制

说明书

技术领域

本发明涉及用来在重型机器，例如功率大于100kW的机器上控制转速和功率的系统。

背景技术

今天，在大多数领域中，人们认识到环境和气候是重要的方面。这在工业和运输业中特别重要，其次是出于减少电能、燃料的消耗和减少对环境有危害的废气排放的考虑。本发明通过使用这些大型机器组件(components)和构成(composition)帮助大型机器有效利用能源并使机器在高能源效率方式下运行，因此机器的起动、停止和运行可以通过有效利用能量而进行，这再次减少对环境有危害的废物排放。

用来控制例如在船舶中使用的重型机器的转速和功率的几种现有的系统，除机械负载控制以外都具有零转速或最大转速(100％)。这使得虽然船舶停止不动，但电动机以最大转速旋转，产生了由机械负载系统导致的机械损耗。另外，这类机器控制具有噪声问题。

在现有的机电系统中经常会出现与浪涌电流有关的问题。当电动机以直接启动连接时，将会有汲取了十倍于所谓的标称电流的浪涌过程，即电动机需要能够执行这一快速且巨大的加速的非常大的电流。根据电动机负载，该情况能持续例如半秒到几秒的时间。该短时间内的大功率加速需要大量可用功率，该可用功率在更多地控制加速的情况下能够被节省。

专利公开US 4,525,655中描述了具有两台电动机的电动机驱动系统，两台电动机一大一小，通过复杂周转轮系统(complex epicyclicalgear system)机械耦接到共用轴。小型电动机用于在处理开始时对大型电动机加速，因此避免了电动机起动(start-up)时的大功率消耗。转速计将信号发送到控制输送到两台电动机的功率的比较电路。当两台电动机的速度相等时，控制单元将会平衡输送到两台电动机的功率。其中的一台电动机优选具有的功率是另一台电动机功率的两倍。

专利公开GB 101,809中描述了借助辅助电动机(pony motor)来起动同步机器的系统。在辅助电动机帮助同步电动机达到要求的速度后，机械开关关闭辅助电动机。这一公开发表于1916年，并且表明辅助电动机的原理早已为人所知。

专利公开GB 539,203与涉及一大一小、用于印刷机或其它机器中的两台电动机(AC或DC)的驱动器的发明有关。两台电动机通过轴和电磁离合器而被连接在一起。断路器用来使电动机制动。反向开关用来使电动机反向。小电动机借助离合器起动印刷机，然后大电动机接替印刷机的运行并且借助离合器断开与小电动机的连接。

专利申请US 6,297,610B1描述了能够用来控制多个电气单元的系统。

因此，当机器将要停止工作时，需要电气驱动系统来降低或去除机械负载损耗，并且电动机的控制是简单的、符合成本效益的和免维护的。电动机空转时噪声水平高的问题优选要解决。同样要消除在许多可替换类型的电气驱动系统中电气干扰问题。也需要这样的系统，其中在仅向机器提供加速所必需的功率时，机器在多种转速之间软加速。

发明内容

本发明通过提供在重型机器上无级调节转速和功率的系统来解决上文所述的问题，本发明不产生电气干扰并且比现有系统符合成本效益，其中重型机器具有紧凑且简单的设计，几乎没有复杂组件。这样的系统包含计算机控制系统、电气控制板和连接到要控制的处理机的电动机。解决上文所述的问题的系统能够用于，例如加工厂的通风设备，泵或压缩机的控制，飞机或船舶、风力涡轮机或水力发电站上的具有可调桨叶的螺旋桨的控制。以上所述的本发明的目的是通过提供上面提到并如权利要求限定的系统实现的。

因此，本发明提供了用来控制例如涡轮或螺旋桨等旋转处理机器的转速和功率的系统，其中旋转处理机器与至少一台电动机或发电机连接，并设计成以电动机给出的转速旋转。所述电动机或发电机连接到控制系统，并且电动机或发电机的转速被设计成通过控制系统控制。旋转处理机器包含设计为适应性的负载控制。控制系统连接到旋转处理机器，并且设计成控制旋转处理机器中的负载控制。因此，通过逐步调整电动机的尺寸和转速从而变化功率要求，人们用本发明实现了几种可选转速之间的软转换(soft transition)和低能耗。

在根据本发明的系统的优选实施例中，控制系统连接到第一控制板并设计成控制所述第一控制板，并且第一控制板连接到电动机并设计成控制所述电动机。

在根据本发明的系统的优选实施例中，第一控制板包括至少一组晶闸管和至少一个传感器，例如伴有控制电子器件的电流传感器。晶闸管使控制浪涌电流和起动转矩成为可能，因此该系统适用于可用电功率有限的设施。