发动机驱动的发电机的速度控制系统和方法
【专利说明】发动机驱动的发电机的速度控制系统和方法
[0001] 本申请是申请日为2009年11月30日、国际申请号为PCT/US2009/066060、国家申 请号为200980155765. X、发明名称为"发动机驱动的发电机的速度控制系统和方法"的发明 专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0002] 本发明总体涉及一种系统和方法，其用于根据发动机状况和发电机负荷来控制一 种驱动发电机的发动机。
[0003] 在不易获取常规电能的地方，人们常用发动机驱动的发电机来提供电能。将汽油 和柴油发动机用于驱动这些发电机，所产生的电能通常为120VAC或240VAC。在应用过程 中，发动机驱动的发电机可用于向焊枪（比如，气炬枪，电弧焊枪等等）提供能量，比如焊条 焊接，MIG焊接，TIG焊接等等。这些焊接系统包含可调节发电机所产生的能量的控制系统， 从而使之与电弧焊接，等离子切割，和类似的操作相适应。
[0004] 在典型的焊接系统中，使用者很难对发动机的设置进行可定制的操控。例如，所述 发动机可以采用发动机调速器来控制发动机转速。当焊接喷枪或辅助设备与该系统连接并 启动的时候，发动机转速可提高到驱动负荷所需要的速度。该转速的提升可由通用调速器 曲线来决定，其缓慢地提高发动机的速度，基本上防止了速度超过所需要的速度。焊接负荷 与辅助负荷之间并无区别，例如一盏灯，其使用时所需要的能量明显少于电焊机。
[0005] 此外，当典型的焊接系统处于停用阶段时，所述发动机转速可能会降到空转速度。 但是，该空转速度可能仍然消耗大量的能量并产生大量的噪音。使用者别无选择，只能忍受 这些不便或者是当焊接系统在一段时间内不要使用时手动关闭发动机。然后，在需要再次 使用该焊接系统之前，需手动重启发动机。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的某些方面，一种用于控制发动机驱动的发电机/电焊机的方法，其 包括监测所述发电机的焊接和辅助输出中的电压和/或电流负荷，并根据检测到的负荷控 制内燃机的速度。
[0007] 进一步提供了一种用于控制发动机驱动的发电机/电焊机的方法，包括监测所述 发电机的焊接输出的需求，当测出需求时根据预设的运行参数使用常规控制系统来提高内 燃机的速度，并根据发动机转速转变为发动机速度控制系统。
[0008] 本发明还提供一种发动机驱动的发电机/电焊机系统，包括内燃机，由内燃机驱 动的发电机，及控制器，该控制器被配置成用于检测焊接发电机的焊接需求并根据测出的 焊接需求和/或预设的运行参数至少在某种程度上控制内燃机。
【附图说明】
[0009] 参照附图阅读如下详细说明可更好地理解本发明的这些和其它的特征、内容及优 点，在全部附图中，相同的符号表示相同的零件，其中：
[0010] 图1根据本发明的某些方面的发动机与发电机整合控制方案的图解概述，其允许 关于发动机和发电机功能的改进控制；
[0011] 图2是根据本发明的实施例的发动机驱动的发电机/电焊机系统的方框图；
[0012] 图3是根据本发明的实施例的发动机转速曲线图；
[0013] 根据本发明的实施例，图4是一个流程图，其说明了用于生产图3的发动机转速曲 线图所示的一个系列（series)的发动机控制工序；
[0014] 根据本发明的实施例，图5是一个流程图，其说明另外的用于生产图3的发动机转 速曲线图所示的另一个系列的发动机控制工序；
[0015] 图6是根据本发明的实施例的另一个发动机转速曲线图；
[0016] 根据本发明的实施例，图7是一个流程图，其说明另一个用于生产图6的发动机转 速曲线图所示的一个系列的发动机控制工序；
[0017] 根据本发明的实施例，图8是一个流程图，其仍是说明另一个用于生产图6的发动 机转速曲线图所示的另一个系列的发动机控制工序；
[0018] 图9是根据本发明的实施例的另一个发动机转速曲线图；
[0019] 根据本发明的实施例，图10是一个流程图，其说明另一种用于生产图9的发动机 转速曲线图所示的一个系列的发动机控制工序；以及
[0020] 根据本发明的实施例，图11是一个通过结合如图4, 5, 7和9所示的发动机控制工 序来制作的发动机转速曲线图。
【具体实施方式】
[0021] 本发明涉及对驱动发电机的发动机的控制。一种驱动发电机/电焊机的发动机可 包括一些控制装置，这些控制装置根据各种输入来影响发动机转速、点火、燃料喷射、火花 定时、以及发动机的其它可控参数。例如，这些输入值可包括，提供给负荷（例如焊枪和/ 或辅助设备）的电流或电压、预设的焊接参数和时间。
[0022] 图1是根据本发明的某些方面的一个示例性的发动机与发电机整合控制方案的 图解概述。该系统适用于一系列发动机，比如汽油发动机和柴油机，下面将详细介绍。而 且，所述发动机可包括广泛的可测量的、可观察的和可控制的参数，比如（仅仅是举例），燃 料流量、节流阀的位置（throttle position)、速度、扭矩、功率、点火提前（比如，适用于汽 油发动机）等等。这些控件中的一部分可通过机械的、机电的或电子的方式来实施，比如通 过使用电子调节器。总之，发动机将启动并按照图1所示的整合控制器所确定的速度运行。 所述整合控制器可使发动机根据最佳运行状况，特定负载的负荷（下面将详细说明）等等 以特定的速度运行。
[0023] 在图1所示的实施例中，所述发动机将驱动发电机。事实上，对于发动机而言，发 电机代表着负荷，而对于电力负荷而言，发电机自己则是电源。在图1的图解说明中，系统 也可包括其它电源，比如电池，及被配置为从电网中获得电能并将电能提供给电力负荷的 电网转换器（grid converters)。在某些目前预期的系统中，所述发电机将与其它诸如电池 和电网转换器之类的电源配合运行。发动机运行时，负荷从发电机和/或其它电源获得电 能，并通过整合控制器的中介作用来影响对发动机的控制。因此，可以测出关于发电机、电 池、电网转换器，及其它电源的电气参数，并且整合控制器可运用这些测出的参数来控制发 动机的运行和性能。应注意，整合控制器也可以调整电源的某些功能。例如，所述控制器可 调控发电机从而根据电气负荷的需要控制发电机所产生的电能的大小，使之与发动机的速 度和扭矩控制相适合。在目前所预期的应用中，电源将产生可控制的电能，这些电能适用于 各种各样的负荷。所述电能可以是发动机转动发电机的速度和所述发电机中电极数量的函 数，或者该电能可按如下所述进一步处理。
[0024] 图1也举例说明了许多示例性的负荷，这些负荷可从包括发动机-发电机装置在 内的电源中获得电能。在目前预期的实施例中，这些负荷包括电焊机和某些辅助负荷。该 领域的技术人员应知道，在焊接操作中电焊机需要大量能量来产生用于熔化金属的电弧。 图1所示的电焊机可将发电机提供的能量转换为适于执行特定的焊接操作所需要的能量。 如下所述，就焊接操作的性质而言，所述的焊接操作可能需要恒压输出状态，恒定的电流状 态，或各种脉冲状态。辅助负荷可包括交流电负荷和直流电负荷，电源的输出可被转化成 以适应特定负荷的需要。在某些实施例中，所述整合控制器能以适当的速度和功率运行发 动机从而与焊接负荷和辅助负荷相适应。例如，根据发电机的牵引力的数量（number Of pulls)，被设计为以电网频率（例如，在北美地区为60Hz)的交流电运行的器件、电灯及其 它负荷可能要求发动机以特定的速度运转。所述整合控制器可检测出所述发电机的输出值 和所述负荷的输出值，或者负荷的牵拉以相应地调节发动机转速。
[0025] 其它可由图1所示的系统驱动的负荷包括电池充电器。例如，在许多移动设备中， 驱动作为备用电源的发动机来给车辆电池充电是有用的。其它的一些负荷也通过一种不能 穷举的方式在图1中举例说明。所述的其它负荷可能包括等离子切割机，送线器，用于特殊 操作的交流电源，比如钨极惰性气体（TIG)焊接，各种焊接配件，电源转换器，比如换流器 和断路器，等等。至于上文所讨论的电焊机和辅助负荷，所述的整合控制器可基于连线的检 测，功率牵引，特定器件的信号等等来调整发动机和/或发电机的运转从而与所述的负荷 相适应。
[0026] 所述的整合控制器也可能将发动机和/或发电机的控制，各种源的输入考虑在 内，其中一些列在图1的图表中。当前可预期的用于控制的输入源包括各种操作员的输入。 所述的操作员的输入可以包含在焊接机/发电机的控制室中的控制面板或人机界面里。举 例来说，操作员的输入可设置如下所述的焊接参数。但是，操作员的输入也可能包括了速度 的手动超越控制，所期望的噪音或燃料用量的人工输入，等等。也可如图1所示采用网络输 入的方式。所述网络输入可包括诸如通过专用网络连接，局域网连接，广域网连接，无线连 接等等来接收的输入。事实上，任何一种由所述整