专利摘要

一种改善电动机启停性能控制回路及控制方法，电动机的一输出轴经过第一联轴器与减速器的输入轴连接，减速器驱动工作机构；电动机的另一输出轴与第二联轴器连接，第二联轴器与液压泵/马达的输入轴连接，液压泵/马达由液压控制系统控制。本发明控制系统回收利用电动机减速制动动能，使异步电动机具有四象限工作能力；回收外负载提供的势能，改善了大功率电机频繁启停对电网的干扰，也减小了电动机的发热，提高了电动机的使用寿命，降低了电动机的装机功率，对要求峰值功率大而工作过程功率小的系统效果特别显著。

说明书

技术领域

本发明与电动机启停控制有关，尤其是一种电动机变频技术中对电机启动和制动过程进行改善的控制技术方案。

背景技术

电动机是工业领域应用最为广泛的动力源，为了节能减排，这一技术的发展方向是采用变频技术改变电动机的转速，使电动机输出的功率与负载需求相一致，到目前虽然发展了多种控制电动机供电频率的方法，但是受转动惯量和电动机启动扭矩的限制，变频控制异步电动机的响应速度一直很慢，制约其在许多场合的应用。另一方面，受负载方向的影响，电动机常常要工作在发电机状态，即要求电动机具有四象限工作的能力，如果采用现有通过逆变器向电网回馈所发出电能的技术，一方面技术复杂、费用高，另一方面也会对电网运行状态产生不利影响，在实际使用中常常是采用设置制动电阻的方式，将这些多余的能量转化为热量消耗掉。在电动机的减速制动过程中，为了缩短制动时间，也常常需要设置制动电阻，这些均会造成较大的能耗并引起电机发热。

为此，本发明对现有技术进行改进，提出一种用于电动机和液压控制系统相结合的电动机启停性能控制回路。 

发明内容

本发明提供一种改善电动机启停性能控制回路及控制方法，用于进一步缩短电动机在启停过程中的时间，以节约能源，降低损耗，实现节能减排。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术措施是一种改善电动机启停性能控制回路及控制方法。本发明所述的一种用于改善电动机启停性能控制回路及控制方法，包括主电动机，变频器，转速传感器，第一联轴器，减速器，液压泵/马达，第二联轴器，工作机构，控制器及相应于液压泵/马达的液压控制回；变频器的输出信号经导线与主电动机连接，主电动机通过第一联轴器与减速器连接，减速器与工作机构连接，主电动机通过第二联轴器与液压泵/马达连接，转速传感器测量主电动机的转速，转速传感器的输出信号n经导线输入到变频器和控制器，指令信号经导线输入控制器，压力传感器的输出信号P_X经过导线输入到控制器，控制器的输出端经过导线分别与三位四通电控换向阀的控制端、变频器的输入端及补油泵电机的控制端连接，液压控制回路控制液压泵/马达的转动方向和输出扭矩；

所述液压控制回路是小流量滑阀组成的液压控制系统Ⅰ，或是大流量插装阀组成的液压控制系统Ⅱ；

所述小流量滑阀组成的液压控制系统Ⅰ，包括三位四通电控换向阀，单向阀，补油泵，油箱，第三联轴器，补油泵电动机，压力传感器，蓄能器；补油泵旋转轴通过第三联轴器与补油泵电动机的输出轴连接，补油泵出油口通过管路与单向阀进油口连通，单向阀的出油口通过管路与三位四通电控换向阀的压力油口P、蓄能器的进油口及压力传感器的进油口连通，三位四通电控换向阀的回油口T通过管路与油箱连通，三位四通电控换向阀的第一出油口A、第二出油口B通过管路分别与液压泵/马达的第一油口P_A、第二油口P_B连通，三位四通电控换向阀在断电状态下，即在中位时其第一出油口A、第二出油口B、回油口T同时与油箱连通；

所述三位四通电控换向阀可以是直动式的电磁换向阀，也可以是先导型的电液换向阀；

所述大流量插装阀组成的液压控制系统Ⅱ，包括单向阀，补油泵油箱，第三联轴器，补油泵电动机，压力传感器，蓄能器组，第一插装阀，第二插装阀，第三插装阀，第四插装阀，第一两位四通电磁换向阀，第二两位四电通磁换向阀，第三两位四通电磁换向阀，第四两位四通电磁换向阀；补油泵旋转轴通过第三联轴器与补油泵电动机的输出轴连接，补油泵的出油口通过管路与单向阀的进油口连通，单向阀的出油口通过管路与第二插装阀的第一油口A₂、第三插装阀的第一油口A₃、蓄能器组的进油口及压力传感器的进油口连通，第二插装阀的第二油口B₂通过管路与第一插装阀的第一油口A₁及液压泵/马达的第一油口P_A连通，第三插装阀的第二油口B₃通过管路与第四插装阀的第一油口A₄及液压泵/马达的第二油口P_B连通，第一插装阀的第二油口B₁及第四插装阀的第二油口B₄通过管路与油箱连通，第一插装阀的控制油口K₁、第二插装阀的控制油口K₂、第三插装阀的控制油口K₃、第四插装阀的控制油口K₄通过管路分别与第一两位四通电磁换向阀的压力油口P₁、第二两位四通电磁换向阀的压力油口P₂、第三两位四通电磁换向阀的压力油口P₃、第四两位四通电磁换向阀的压力油口P₄连通，第一两位四通电磁换向阀的第一出油口C₁通过管路与液压泵/马达的第一油口P_A连通，第四两位四通电磁换向阀的第一出油口C₄通过管路与液压泵/马达的第二油口P_B连通，第二两位四通电磁换向阀的第一出油口C₂和第三两位四通电磁换向阀的第一出油口C₃通过管路与单向阀的出油口连通，第一两位四通电磁换向阀的第二出油口D₁、第二两位四通电磁换向阀的第二出油口D₂、第三两位四通电磁换向阀的第二出油口D₃、第四两位四通电磁换向阀的第二出油口D₄通过管路与油箱连通；

所述补油泵可以是电动机驱动，或是手动补油泵；

所述补油泵电动机是普通电动机、伺服电动机和变频电动机中的一种；

所述蓄能器是一个蓄能器，或是两个以上蓄能器构成的蓄能器组；

所述主电动机是直流电动机、交流电动机、异步电动机、同步电动机、开关磁阻电动机和交直流伺服电动机中的一种；

所述主电动机是单输出轴，或是双输出轴；

所述液压泵/马达是定量液压泵/马达，或是电子控制的变排量比例液压泵/马达；

所述电子控制的变排量比例液压泵/马达是变量机构单方向摆动的变量液压泵/马达，也可以是变量机构双方向摆动的变量液压泵/马达；

所述液压泵/马达是一个液压泵/马达，或是两个以上组成的液压泵/马达组；所述工作机构是通过减速器驱动，也可以不经过减速器驱动。

本发明所述的一种用于改善电动机启停性能控制回路的控制方法，该方法是在主电动机启动前，通过控制器给出控制指令启动补油泵电动机，补油泵电动机驱动补油泵给蓄能器充液，使蓄能器的充液压力达到设计好的预定值；当要启动主电动机时，通过控制器给出控制主电动机启动的信号到变频器，变频器控制主电动机启动，同时控制器给出控制信号到三位四通电控换向阀，控制三位四通电控换向阀换向，使蓄能器与液压泵/马达的油口P_A连通，液压泵/马达此时作为液压马达工作，驱动的负载就是主电动机，将蓄能器中的油液经过油口P_B排入油箱，蓄能器释放能量，辅助主电动机启动，这时主电动机和液压泵/马达的转矩方向一致，共同驱动减速器，减速器驱动工作机构从静止加速运行。

通过转速传感器检测主电动机转速，当检测到主电动机的转速达到变频器的设置值并稳定后，通过控制器给出控制信号控制三位四通电控换向阀回到中位，这种工况，液压泵/马达的第一油口P_A和第二油口P_B连通，同时通过三位四通电控换向阀的回油口T与油箱连通，这样就不对主电动机的运行产生影响。

当工作机构制动时，控制器给出使主电动机制动的信号到变频器，变频器控制主电动机减速，控制器同时给出控制信号到三位四通电控换向阀，控制三位四通电控换向阀换向，使蓄能器与]液压泵/马达的第二油口P_B连通，液压泵/马达的第一油口P_A与油箱连通，液压泵/马达此时作为液压泵工作，将油箱中的油液泵入到蓄能器，此时蓄能器是主电动机的负载，液压泵/马达的扭矩辅助主电动机制动。

由于蓄能器存在能量损失，主电动机制动过程补充的能量总是少于电动机加速过程消耗的能量，所以在主电动机制动过程中，通过补油泵向蓄能器中补充油液，进一步辅助主电动机按照希望的制动曲线制动，同时为主电动机的再一次启动做好准备。

本发明所提供的一种用于电动机启停性能控制回路及其控制方法，与现有技术相比，改善了电动机变频控制启动和制动过程响应慢的问题，省掉了制动电阻，直接回收利用电动机减速制动的动能，使异步电动机具有四象限工作的能力，回收外负载提供的势能，改善大功率电动机频繁启停对电网的干扰，也减小了电动机的发热，进一步提高了电动机的使用寿命，降低了电动机的装机功率，对要求峰值功率大而工作过程功率小的系统，效果特别显著，通过控制电动机启动和停止的时间，减小电动机的启动扭矩，使恒压系统可以频繁启停，不需要经过复杂的逆变单元向电网馈电，即能存储并利用电动机处于发电工况所产生的电能，同时提高电动机的启动加速性能，降低启动电流、缩短电机制动时间。

附图说明

图1是本发明采用小排量泵/马达改善电动机启停性能控制回路及其控制方法的原理示意图；

图2是本发明中主电动机采用单伸出轴改善电动机启停性能控制回路及其控制方法的原理示意图；

图3是本发明采用大排量液压泵/马达改善电动机启停性能控制回路及其控制方法的原理示意图。

图中：1：主电动机；2：变频器；3：转速传感器；4：第一联轴器；5：减速器；6：液压泵/马达；7：第二联轴器；8：工作机构；9：三位四通电控换向阀；10：单向阀；11：补油泵；12：油箱；13：第三联轴器；14：补油泵电动机；15：压力传感器；16：蓄能器；17：第三两位四通电磁换向阀；18：第四两位四通电磁换向阀；19：第四插装阀；20：第三插装阀；21：第二插装阀；22：第一插装阀；23；第一两位四通电磁换向阀；24：第二两位四通电磁换向阀；25：蓄能器组；26：手动补油泵；27、控制器；28：两位四通电磁换向阀控制端；29：液压控制回路；30：钢坯修磨机的修磨台车；31：驱动钢丝绳；32：滚筒；

n：主电动机[1] 的转速(转速传感器3的输出信号)；P_X：蓄能器[16]的压力（压力传感器[15]的输出信号）；P_A：液压泵/马达[6]的第一油口；P_B：液压泵/马达[6]的第二油口； A：三位四通电控换向阀[9]的第一出油口；B：三位四通电控换向阀[9]的第二出油口；P：三位四通电控换向阀[9]的压力油口；T：三位四通电控换向阀[9]的回油口；A₁：第一插装阀[22]的第一油口；A₂：第二插装阀[21]的第一油口；A₃：第三插装阀[20]的第一油口；A₄：第四插装阀[19]的第一油口；B₁：第一插装阀[22]的第二油口；B₂：第二插装阀[21]的第二油口；B₃：第三插装阀[20]的第二油口；B₄：第四插装阀[19]的第二油口；K₁：第一插装阀[22]的控制油口；K₂：第二插装阀[21]的控制油口；K₃：第三插装阀[20]的控制油口；K₄：第四插装阀[19]的控制油口；P₁：第一两位四通电磁换向阀[23]的压力油口；P₂：第二两位四通电磁换向阀[24]的压力油口；P₃：第三两位四通电磁换向阀[17]的压力油口；P₄：第四两位四通电磁换向阀[18]的压力油口；C₁：第一两位四通电磁换向阀[23]的第一出油口；C₂：第二两位四通电磁换向阀[24]的第一出油口；C₃：第三两位四通电磁换向阀[17]的第一出油口；C₄：第四两位四通电磁换向阀[18]的第一出油口；D₁：第一两位四通电磁换向阀[23]的第二出油口；D₂：第二两位四通电磁换向阀[24]的第二出油口；D₃：第三两位四通电磁换向阀[17]的第二出油口；D₄：第四两位四通电磁换向阀[18]的第二出油口。     

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明：

具体实施方式1

本发明所述的一种用于加速主电动机1启停性能控制回路，主电动机1驱动钢坯修磨机的修磨台车30，同时连接一个液压系统，而这个液压系统驱动的负载就是这个主电动机1。主电动机1启动时蓄能器16释放能量，辅助主电动机1启动，以降低主电动机1启动的电功率，减少对电网的冲击，主电动机1停止时，蓄能器16吸收主电动机1制动能量以辅助主电动机1停止，小流量补油泵11只是用来补充泄漏和蓄能器16的能量损失。

参附图1，系统的工作过程是，在主电动机1启动前，通过控制器27给出控制指令启动补油泵电动机14，补油泵电动机14驱动补油泵11给蓄能器16充液，使蓄能器16的充液压力达到设计好的预定值；当要启动主电动机1时，通过控制器27给出控制主电动机1启动的信号到变频器2，变频器2控制主电动机1启动，同时控制器27给出控制信号到三位四通电控换向阀9，控制三位四通电控换向阀9换向，使蓄能器16与液压泵/马达6的油口P_A连通，液压泵/马达6 此时作为液压马达工作，驱动的负载就是主电动机1，将蓄能器16中的油液经过油口P_B排入油箱12，蓄能器16释放能量，辅助主电动机1启动，这时主电动机1和液压泵/马达6 的转矩方向一致，共同驱动减速器 5，减速器5再通过滚筒32 驱动钢丝绳31，带动钢坯修磨机的修磨台车30从静止加速运行。

通过转速传感器3检测主电动机1转速，当检测到主电动机1的转速达到变频器2 的设置值并稳定后，通过控制器27给出控制信号控制三位四通电控换向阀9回到中位，这种工况，液压泵/马达6的油口P_A和P_B连通，同时通过三位四通电控换向阀9的油口T与油箱12连通，这样就不对主电动机1的运行产生影响，钢坯修磨机的修磨台车30在主电动机1的控制下按设定的速度平稳运行。

当钢坯修磨机的修磨台车30运行到预定的位置，控制器27给出使主电动机1制动的信号到变频器2，变频器2控制主电动机1减速，但是由于钢坯修磨机的修磨台车30的惯性很大，虽然主电动机1的电流在减小，但普通的异步电动机没有足够的制动扭矩，主电动机1就会在修磨台车惯性的作用下处于发电状态，如果没有外部制动力矩，钢坯修磨机的修磨台车30就要运行很长的距离才会停下来；为了能使钢坯修磨机的修磨台车30停在预定的位置，控制器27同时给出控制信号到三位四通电控换向阀9，控制三位四通电控换向阀9换向，使蓄能器16与液压泵/马达6的油口P_B连通，液压泵/马达6的油口P_A与油箱12连通，液压泵/马达6 此时作为液压泵工作，将油箱中的油液泵入到蓄能器16，此时蓄能器16是主电动机1的负载，液压泵/马达6的扭矩辅助主电动机1制动，使台车停在预定的位置。

由于蓄能器16存在能量损失，主电动机1制动过程补充的能量总是少于电机加速过程消耗的能量，所以当主电动机1制动过程中，通过补油泵11向蓄能器16中补充油液，进一步辅助主电动机1按照希望的制动曲线制动，同时为主电动机1的再一次启动做好准备。

如附图1，实施本发明所述的一种用于电动机启停性能控制回路，包括电动机1，变频器2，转速传感器3，第一联轴器4，减速器5，液压泵/马达6，第二联轴器7，工作机构8，及相应于液压泵/马达6的液压控制系统29，本实施例中工作机构包括有钢坯修磨机的修磨台车30，驱动钢丝绳31，滚筒32；变频器2的输出信号经导线与主电动机1连接，主电动机1通过第一联轴器4与减速器5连接，减速器5与工作机构8连接，主电动机1通过第二联轴器7与液压泵/马达6连接，转速传感器3测量主电动机1的转速，转速传感器3的输出信号n经导线输入到变频器2和控制器27，指令信号经导线输入控制器27，压力传感器15的输出信号P_X经过导线输入到控制器27，控制器27的输出端经过导线分别与三位四通电控换向阀9的控制端、变频器2的输入端及补油泵电机14的控制端连接，液压控制回路29控制液压泵/马达6的转动方向和输出扭矩。

液压泵/马达6相应的液压控制回路29是小流量滑阀组成的液压控制系统Ⅰ，如附图1所示，包括三位四通电控换向阀9，单向阀10，补油泵11，油箱12，第三联轴器13，补油泵电动机14，压力传感器15，蓄能器16；补油泵11旋转轴通过第三联轴器13与补油泵电动机14的输出轴连接，补油泵11出油口通过管路与单向阀10进油口连通，单向阀10的出油口通过管路与三位四通电控换向阀9的压力油口P、蓄能器16的进油口及压力传感器15的进油口连通，三位四通电控换向阀9的回油口T通过管路与油箱12连通，三位四通电控换向阀9的第一出油口A、第二出油口B通过管路分别与液压泵/马达6的第一油口P_A、第二油口P_B连通，三位四通电控换向阀9在断电状态下，即在中位时其第一出油口A、第二出油口B、回油口T同时与油箱12连通。

具体实施中液压控制系统主要元件参数如下：

液压泵/马达6 的排量是55ml/r，补油泵11的排量10ml/r，补油泵电机14功率5.5 kw，三位四通电控换向阀9通径为6 mm，蓄能器16的容积 40L，充气压力10 Mpa。

具体实施方式2

如附图2所示，实施本发明所述的一种用于提高电动机启停性能的控制回路及控制方法的另一种形式，这种形式的控制回路与具体实施方式1的控制回路区别在于：主电动机1只有一个伸出轴，主电动机1通过第一联轴器4与减速器5连接，减速器5与工作机构8连接，同时减速器5通过第二联轴器7与液压泵/马达6连接，另外，液压泵/马达6的液压控制回路29中使用的补油泵为手动补油泵26。

具体实施方式3

如附图3所示，实施本发明所述的一种用于提高电动机启停性能的控制回路的第三种形式，包括主电动机1，变频器2，转速传感器3，第一联轴器4，减速器5，液压泵/马达6，第二联轴器7，工作机构8，控制器27及相应于液压泵/马达6的液压控制回29；变频器2的输出信号经导线与主电动机1连接，主电动机1通过第一联轴器4与减速器5连接，减速器5与工作机构8连接，主电动机1通过第二联轴器7与液压泵/马达6连接，转速传感器3测量主电动机1的转速，转速传感器3的输出信号n经导线输入到变频器2和控制器27，指令信号经导线输入控制器27，压力传感器15的输出信号P_X经过导线输入到控制器27，控制器27的输出端经过导线分别与二位四通换向阀控制端28、变频器2的输入端及补油泵电机14的控制端连接，液压控制回路29控制液压泵/马达6的转动方向和输出扭矩。

液压泵/马达6相应的液压控制回路29是大流量插装阀组成的液压控制系统Ⅱ，如附图3所示，包括单向阀10，补油泵11，油箱12，第三联轴器13，补油泵电动机14，压力传感器15，蓄能器组25，第一插装阀22，第二插装阀21，第三插装阀20，第四插装阀19，第一两位四通电磁换向阀23，第二两位四电通磁换向阀24，第三两位四通电磁换向阀17，第四两位四通电磁换向阀18；补油泵11旋转轴通过第三联轴器13与补油泵电动机14的输出轴连接，补油泵11的出油口通过管路与单向阀10的进油口连通，单向阀10的出油口通过管路与第二插装阀21的第一油口A₂、第三插装阀20的第一油口A₃、蓄能器组25的进油口及压力传感器15的进油口连通，第二插装阀21的第二油口B₂通过管路与第一插装阀22的第一油口A₁及液压泵/马达6的第一油口P_A连通，第三插装阀20的第二油口B₃通过管路与第四插装阀19的第一油口A₄及液压泵/马达6的第二油口P_B连通，第一插装阀22的第二油口B₁及第四插装阀19的第二油口B₄通过管路与油箱12连通，第一插装阀22的控制油口K₁、第二插装阀21的控制油口K₂、第三插装阀20的控制油口K₃、第四插装阀19的控制油口K₄通过管路分别与第一两位四通电磁换向阀23的压力油口P₁、第二两位四通电磁换向阀24的压力油口P₂、第三两位四通电磁换向阀[17]的压力油口P₃、第四两位四通电磁换向阀[18]的压力油口P₄连通，第一两位四通电磁换向阀23的第一出油口C₁通过管路与液压泵/马达6的第一油口P_A连通，第四两位四通电磁换向阀18的第一出油口C₄通过管路与液压泵/马达6的第二油口P_B连通，第二两位四通电磁换向阀24的第一出油口C₂和第三两位四通电磁换向阀17的第一出油口C₃通过管路与单向阀10的出油口连通，第一两位四通电磁换向阀23的第二出油口D₁、第二两位四通电磁换向阀24的第二出油口D₂、第三两位四通电磁换向阀17的第二出油口D₃、第四两位四通电磁换向阀18的第二出油口D₄通过管路与油箱12连通。 

改善电动机启停性能控制回路及控制方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。