用于起动具有高惯性力矩的机器的系统和方法与流程

本发明涉及一种工作机的驱动系统，以及一种用于起动和/或运行工作机的方法。

背景技术：

1、大型电动机在电网上的起动，例如在水泥厂等中，是一个技术上具有挑战性的课题。例如，也涉及立式辊磨机的驱动电机。这能够追溯到多种原因：

2、例如，新兴国家的水泥厂中通常无法持久保证网络稳定性。这些电网的特点通常是电缆长度长、短路功率低、有时利用柴油发电机形成独立电网，并且尤其是电网质量差。例如，在电网上直接接通和起动电动机将会导致过大的电压干扰。

3、为此，在水泥工业中通常还主要使用具有液体起动器的滑环转子-异步电动机。这些电机类型的转子通过滑动触头与盐浴溶液中的阴极连接。通过移入和移出阴极改变转子电阻并移动电机的电特性曲线。然而，这些都存在问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是，改进用于工作机的驱动系统，以及用于运行，尤其是用于起动工作机的方法。

2、该目的通过具有权利要求1所述特征的驱动系统来实现。权利要求10和11要求保护一种工作机，或一种用于运行工作机的方法。从属权利要求涉及有利的改进方案。

3、在此，实施方案或实施方案的优点(部分地)以磨机为例，尤其是立式辊磨机、挤压机或破碎机为例进行描述。这应当理解为不限制一般性。在特别有利的应用中，特别是实施方案中，工作机尤其是：磨机，特别是立式辊磨机、破碎机、风扇或泵，然而本发明不以任何方式限制于此。

4、根据本发明的一个实施方案，提供一种用于工作机的驱动系统，所述工作机具有能减轻负荷以用于起动的，尤其是在起动时被减轻负荷的工作设备。在一个实施方案中，驱动系统具有设计为电动机的至少一个主电机。此外，在一个实施方案中，至少一个主电机具有电机轴。在一个实施方案中，驱动系统还具有设计为电机的辅助电机。在一个实施方案中，驱动系统具有用于起动辅助电机的起动装置。在一个实施方案中，辅助电机设置用于，起动和/或加速工作机，尤其是直至主电机的同步转速或至少基本上直至主电机的同步转速。

5、如本文所用的术语“能减轻负荷”优选应尤其理解为，尤其是反作用力矩的、通过用于在工作机的工作设备中减轻负荷的部件执行的或者说能够执行的减小到工作设备的额定转矩或额定负荷的至少60％、至少50％、至少40％、至少30％和/或减小到最多5％。在一个实施方案中，特别是当工作机是磨机、破碎机或挤压机时，如本文所用的“能减轻负荷”应当理解为使工作设备空转，特别是通过用于减轻工作负荷的部件，特别是通过现有的或另外的尤其是附加的辅助驱动器或者说辅助电机。

6、在一个实施方案中，特别是在新兴国家中或者说在电网中频率波动的国家中或者说电网频率不稳定的国家中，由此能够利地防止特别是本地电网的崩溃，特别是减小电流峰值和/或转矩峰值。

7、在一个实施方案中，主电机是一尤其由平均电压-断路器切换的异步电机或者同步电机。在一个实施方案中，辅助电机为直流电机、异步电机、磁阻电机、他励同步电机或永磁励同步电机。在一个实施方案中，驱动系统具有主电机和辅助电机的前述实施方案的可能的组合中的一种，特别是至少一种。

8、在一个实施方案中，起动装置是变频器，特别是低压变频器。在一个实施方案中，起动装置是软起动器，特别是星形-三角形电路、电子软起动器或dol。在一个实施方案中，工作机是磨机，特别是立式辊磨机、破碎机、挤压机、风扇、泵等，特别是具有高(起动)惯性力矩，更特别是(分别)具有用于工作设备的减轻负荷的部件。

9、在一个实施方案中，以磨机，特别是立式辊磨机为例，能减轻负荷的或者说被减轻负荷的工作设备对应于能减轻负荷的或者说被减轻负荷的研磨装置，特别是至少一个能取下的辊子或者说(至少)一个从磨床上被取下的辊子。在一个实施方案中，磨机包括用于研磨装置的减轻负荷的部件，尤其是用于将至少一个辊子从磨床取下。在一个实施方案中，以破碎机，特别是颚式破碎机为例，能减轻负荷的或者说被减轻负荷的工作设备对应于被减轻负荷的粉碎单元，尤其是打开的颚部和/或加宽的或分开的破碎室，在一个实施方案中，破碎机尤其包括用于破碎室的减轻负荷的部件。由此一个实施方案中能够实现，借助于驱动系统能够(更)简单地克服在起动时的(高的)惯性力矩，尤其当工作机是立式辊磨机或挤出机时，尤其是(至少基本上)至少100kg·m2、至少200kg·m2、至少300kg·m2、至少400kg·m2或至少500kg·m2和/或至多2000kg·m2的惯性力矩。

10、在一个实施方案中，工作机在低的转速下，尤其是(至少基本上)至少为0的转速，尤其大于0和/或至多1000转每分钟(rpm)的转速下，尤其在高的负载力矩下，尤其在像本文所述的负载力矩下运行，或者说能够运行。在一个实施方案中，该关于转数的说明尤其涉及工作机的输出转速或者说涉及变速器后面的转速，特别是主电机的转速。

11、在一个实施方案中，通过根据本文所述的实施方案的驱动系统有利地并未增加驱动系统的复杂性，或者在一个实施方案中尤其能够降低该复杂性。在一个实施方案中，驱动系统有利地比例如具有滑环转子电机的驱动系统更不复杂，尤其比具有带有举电刷和转子短路装置的滑环转子电机的驱动系统更不复杂。由此在一个实施方案中能够实现，驱动系统至少基本上免维护。此外，在一个实施方案中，由此还能够(更)成本低廉地提供或者说生产驱动系统。在一个实施方案中，驱动系统的起动特性至少基本上总是相同的，特别是与环境温度、盐浴浓度和/或阴极磨损无关。在一个实施方案中，由此能够有利地实现变速器和/或工作机的较小的负荷，尤其在起动时，特别是通过更小的或者说减小的转矩冲击和/或交变转矩。此外，在一个实施方案中能够实现，有利地改进驱动系统的起动特性，特别是与使用自耦变压器、软起动器等的系统相比。

12、在一个实施方案中，由此能够有利地实现，能够延长驱动系统的起动时间，特别是比在具有液体起动器作为起动装置的驱动系统中更长。因此，在一个实施方案中能够实现高/更高的电机转速，特别是比通常使用的1000rpm更高的电机速度，更尤其是能够减小辅助电机的发热，尤其是与液体起动器作为辅助电机相比，更尤其是这种发热对于在起动辅助电机时的电机转速来说不造成问题和/或限制。在一个实施方案中，这尤其能够通过以下方式来实现：本文所述的辅助电机利用一装置，尤其是变频器起动，并且电网至少基本上几乎不受负荷或者说仅受微小负荷。在改进方案中，由此能够实现，能够使用比主电机或辅助电机相对(更)简单的，尤其是较不复杂的电机，尤其是具有(较)少的极对数的电机，特别是具有至少为1、2或3的极对数和/或最大为10的极对数的电机。对该改进方案来说，工作机在一个实施方案中具有变速器，该变速器设计用于对应于较高的转数的传动比；在一个实施方案中，工作机则尤其具有设计用于相应更高的圆周速度的轴承。由此，由此是由于较高的额定转速，辅助电机和/或主电动机有利地(更)小、(更)轻、(更)价廉和/或尤其具有更好的效率或者说功率因数。

13、在一个实施方案中，辅助电机和功率为主电机功率的至少1/10和/或主电机功率的至多1/5。在一个实施方案中，辅助电机的功率为主电机功率的至多1/6、1/7、1/8、1/9或1/10和/或至少1/20、1/15或1/10。

14、在一个实施方案中，由此能够实现，辅助电机，特别是驱动系统，比例如液体起动器，特别是具有液体起动器的滑环转子电机(更)价廉。此外，在一个实施方案中，可以降低驱动系统的复杂性；尤其能够使用比例如在上述的滑环转子电机中更轻和/或更小的电机。在一个实施方案中，这会增加维护间隔，因为特别是不必更换电机电刷和/或盐浴溶液。此外，在一个实施方案中，可以减小组件的热负荷，特别是定子、转子和(在本文描述的驱动系统中不存在或者说不需要的)盐浴的热负荷。有利地，在一个实施方案中由此实现了，能够执行更多的起动过程，特别是因为(显著)减少的冷却时间，例如与具有液体起动器的滑环转子电机相比，特别是因为冷却时间在数分钟的范围内，尤其是10分钟或更少，也经过了多次起动过程，尤其是3次以上的起动过程。有利地，在一个实施方案中，能够省去冷却时间，特别是不进行冷却。在一个实施方案中，由此能够减少对电网质量的依赖性或其他网络依赖性，例如特别是外部引入的电压干扰、不对称性和/或长的电缆行程。

15、在一个实施方案中，辅助电机能够具有至少200kw和/或最大400kw的功率，特别是当主电机具有至少2mw的功率和/或最大4mw的功率时。在一个实施方案中，主电机具有至少2mw、至少6mw和/或最多7mw、最多8mw、最多9mw的功率，特别是当工作机是磨机时，最多20mw，最大25mw，最大30mw，特别是当工作机是挤压机时。在一个实施方案中，辅助电机具有相应地与主电机的功率匹配的功率，特别是如本文所述的。

16、在一个实施方案中，辅助电机具有至少2个和/或最多10个的池对数。在一个实施方案中，辅助电机，特别是在本文所述的额定转速下，特别是在至少1500nm和/或至多10000nm的额定转矩下，能够短时地，尤其是至少5秒钟施加至少3000nm和/或最多20000nm的倾斜力矩，尤其在辅助电机在设计为变频器的起动装置上运行时，更尤其在本文描述的功率下。

17、在一个实施方案中，主电机为构造为鼠笼式转子的异步电机、双馈异步电机或他励或永磁励同步电机。在一个实施方案中，主电机优选为鼠笼式转子。在一个实施方案中，由此能够(更)价廉地，尤其是(更)不复杂地制造驱动系统。在一个实施方案中，能够减少(单独的)辅助驱动器(维护、起动等)的数量。

18、在一个实施方案中，辅助电机布置在第二轴端或主电机与工作机或下游的变速器之间。在一个实施方案中，在主电机的电机轴的第一轴端处进行输出，特别是到变速器，尤其是工作机的，进一步尤其是磨机的变速器，特别是立式辊磨机的、破碎机的、挤压机的、风扇的或泵的变速器的输出。在尤其是备选的或补充的实施方案中，辅助电机经由机械或液力的转矩变换器和/或经由机械或液力的转速变换器尤其与(辅助)变速器，与主电机的电机轴连接。在一个实施方案中，辅助电机通过皮带连接或链条连接与主电机的电机轴连接。在一个实施方案中，辅助电机与主电机的电机轴的连接能够具有一传动比，该传动比不是1:1的，尤其是大于1:1或小于1:1。

19、在一个实施方案中，辅助电机设计用于维护运行，具体地以如下方式：辅助电机能够或者说以一转速运行，在该转速中能够执行，尤其是执行驱动系统的维护，特别是工作机的，更特别是磨机的，尤其是立式辊磨机的维护。由此能够实现，在一个实施方案中，在工作机、特别是磨机、特别是在工作机的工作设备、特别是磨机的磨床中利用辅助电机能够进行或者说进行焊接。

20、由此有利地在一个实施方案中能够省去(额外的)维护电机，特别是能够节省该维护电机。特别地，在一个实施方案中，驱动系统不具有(额外的)维护电机。

21、在一个实施方案中，辅助电机利用可切换的离合器或超越离合器与主电机有效连接。在一个实施方案中，可切换的离合器在辅助电机和主电机的第二轴端之间建立有效连接。在一个实施方案中，超越离合器释放一个旋转方向并在辅助电机和主电机的第二轴端之间沿另一个旋转方向建立有效连接。在一个实施方案中，辅助电机由此能够有利地与主电机解耦，特别是当主电机或工作机已经达到其目标转速时。

22、在一个实施方案中，起动装置设计为变频器。有利地在一个实施方案中，辅助电机由于它的驱动器，特别是变频器，能够在与主电机—特别是多个主电机，特别是设计为双馈异步电机的主电机—结合使用时运行。

23、在一个实施方案中，辅助电机能够有利地根据在起动装置处、特别是在变频器处、特别是在工作机的运行期间、特别是始终在主电机的运行期间需要的驱动功率继续运行，或者被关闭以节省能源。

24、在一个实施方案中，驱动系统具有变频器，具体地，在一个实施方案中，驱动系统的起动装置被设计为变频器，更具体地，在一个实施方案中，变频器配构造用于，实现了软起动，尤其构造为，使得额外地尤其是(无级地)能够改变或者说改变，尤其是能够调节或者说调节辅助电机的转速。在一个实施方案中，由此能够实现与上文已经描述的基本上相同的优点(可能除了维护运行之外)。

25、在一个实施方案中，驱动系统具有软起动，特别是在一个实施方案中，起动装置设计为软起动。在改进方案中，软起动尤其设计为星形-三角形电路或软起动器，借助于其起动或者说能够起动辅助电机。

26、在一个实施方案中，辅助电机，特别是辅助电机的转子和/或定子绕组集成到主电机的壳体中。由此能够在一个实施方案中有利地实现或者说使用(更)紧凑的安装空间尺寸。

27、在一个实施方案中，辅助电机设计用于，以如下方式调整转速，即当主电机接通时有效的同步转速用于在供电网络中测量的电网频率。由此能够在一个实施方案中动态地对电网的情况作出反应，特别是不稳定的电网，进一步地尤其防止了，由于工作机的起动，在通电时尤其由于在非同步转速时高的接通电流导致电网中特别强烈的电压降。

28、在一个实施方案中，驱动系统的主电机具有至少两个独立的绕组系统，特别是两个分别彼此独立地与电网能够连接或者说(可切换地)连接的绕组系统。由此在一个实施方案中能够实现，当绕组系统故障时，驱动系统的总驱动功率的至少基本上超过30％、超过40％或超过50％由于和辅助电机的功率一起供使用。由此在一个实施方案中能够实现，工作机，尤其是磨机，更尤其是立式辊磨机、破碎机、风扇和/或泵仍然是可运行的，特别是能够被运行。在一个实施方案中，用于切换驱动系统的开关设备相应地包括另一个电机出线。在一个实施方案中，它包含在驱动系统中。

29、在一个实施方案中，驱动系统具有至少两个主电机，其中它们尤其设计成使得至少两个主电机的总功率(至少基本上)对应于单个主电机的输出，借助该单个主电机工作机可运行或者说能够被运行。在改进方案中，至少两个主电机串联耦合，特别是以串联布置，或者经由集体变速器，特别是总和变速器，耦合到，特别是并联地耦合到工作机的驱动器。在一个实施方案中，至少两个主电机中的每一个都具有联接到各自的电机轴的辅助电机。在具有串联布置的实施方案中，至少两个主电动机的串联布置在改进方案中具有一个，尤其是恰好一个辅助电机。

30、在一个实施方案中，工作设备是能够减轻负荷的，特别是设计成，当起动驱动系统时，工作设备被减轻负荷。在以磨机为例的实施方案中，磨机，特别是立式辊磨机的至少一个辊子从磨床上可取下，特别是被取下。由此在一个实施方案中能够实现(较)低的起步转矩。

31、在一个实施方案中，工作机在起动期间具有缓慢增加的负荷特性曲线。由此在一个实施方案中能够有利地实现，系统具有足够的加速储备，特别是不必将辅助电机的尺寸定得过大，特别是与主电机相比，优选地具有相当于小于主电机功率的1/5的功率。

32、“辅助电机”(pony motors)在现有技术中通常是已知的，并且在通常长的停机时间的情况下分别用于系统中的个别任务。在一个实施方案中，辅助电机用于或者说设置用于，工作机的起动、转动和维护任务，特别是在磨机、风扇、泵或破碎机中，更特别是在立式辊磨机中。由此在一个实施方案中能够实现，省去用于相应任务的额外的或者说单独的电机。

33、根据本发明的一个实施方案提供了一种用于运行工作机，特别是磨机、风扇、泵或破碎机，特别是立式辊磨机的方法。在一个实施方案中，工作机装备有或者说具有如本文所述的驱动系统。在一个实施方案中，该方法包括工作设备的负荷减轻，特别是(例如)在磨机的情况下，将至少一个辊从磨床取下，特别是取下所有存在于磨机中的辊，或者(例如)在破碎机中，减轻破碎颚等的负荷。在一个实施方案中，该方法还包括驱动系统的起动，其中尤其借助于起动装置调节的、更尤其是变频器调节的辅助电机来起动驱动系统，尤其是驱动系统的一个/所述主电机，驱动系统的至少一个主电机，或者驱动系统的所有主电机。在一个实施方案中，该方法还包括接通主电机，特别是在同步转速下。

34、在一个实施方案中，该方法能够尤其在一个步骤中，尤其在第一步骤中具有电源频率的测量。在改进方案中，该方法还能够在一个工作步骤中，尤其在另一个工作步骤中具有转速的调整，尤其是转速的动态地调整，从而尤其当接通主电机时存在恰好、优选在该时间点、尤其在接通主电机的时间点有效的同步转速。

35、在一个实施方案中，该方法能够尤其在工作机的运行期间具有主电机的负荷的驱动，尤其是通过确定主电机电流，主电机绕组温度或驱动转矩。在改进方案中，该方法能够尤其在另外的工作步骤中辅助电机的取决于负荷的起动，尤其是用于辅助主电机，从而驱动系统能够施加或者说施加要求的驱动功率。在一个实施方案中，该方法具有基于驱动主电机的负荷接通辅助电机，尤其是起动辅助电机或者接通尤其是与主电机并行地运行的，尤其是与主电机解耦地运行的辅助电机，尤其用于辅助主电机。由此在一个实施方案中能够有利地减轻主电机的负荷，尤其是在峰值负载期间或持久地。

36、由此在一个实施方案中，能够有利地借助于辅助电机的取决于负荷的起动来防止主电动机的过载。在一个实施方案中，辅助电机的取决于负荷的停止能够有利地提高整个驱动器的效率。

37、在一个实施方案中，该方法能够包括，在持续大于0.1秒和/或小于2秒的时间段内将辅助电机切换到过载运行模式中，或者在持续小于2秒的时间段内切换到无负荷，尤其是无负荷作用于主电机的工作模式，而主电机在目标转速下运行，尤其基于确定主电机的负荷。由此在一个实施方案中能够实现，辅助电机能够对振动具有校正作用，特别是过程引起的振动，特别是能够防止和/或减少它们。在改进方案中，由此能够减少或者说减小，尤其是中断振动的形成，特别是工作机中。

38、根据本发明的一个实施方案，一种系统，特别是在硬件和/或软件方面，特别是在编程方面，设置用于执行此处描述的方法。

39、在一个实施方案中，驱动系统，特别是工作机，具有用于工作设备的减轻负荷的部件，特别是当工作机是磨机，特别是立式辊磨机时，则具有用于取下至少一个辊的部件。

40、根据本发明的一个实施方案，一种或者说所述系统具有：用于起动驱动系统的部件，特别是借助由起动装置调节的辅助电机；以及在同步转速下接通主电机的部件。

41、在一个实施方案中，该系统或者说其部件具有：用于测量电源频率的部件，特别是用于接收或查询电源频率的值的(数据)接口，用于调整转速的部件，特别是用于动态地调整转速的部件，从而在接通主电机时，至少基本上存在恰好有效的同步转速。

42、本发明意义上的系统和/或部件能够根据硬件和/或软件技术设计，特别是具有至少一个优选与存储器-和/或总线系统数据连接的或者说信号连接的，尤其是数字的、处理单元，尤其是微处理器单元(cpu)，显卡(gpu)等，和/或具有一个或多个程序或程序模块。处理单元能够被设计为，处理作为存储在存储系统中的程序执行的命令，以检测来自(数据)接口或者说数据总线的输入信号和/或将输出信号发送到数据总线。存储系统能够具有一个或多个，尤其是不同的存储介质，特别是光学的、磁的、固态和/或其他非易失性介质。程序能够这样设计，使得它体现或者说能够执行此处描述的方法，从而处理单元能够执行这种方法的步骤并且进而尤其能够运行或者说监控磨机。

43、在一个实施方案中，计算机程序产品能够具有，尤其能够是一尤其计算机可读的和/或非易失性的存储介质以用于存储程序或者说指令或者说具有存储在其上的程序或者说具有存储在其上的指令。在一个实施方案中，由系统或者说控制装置，特别是计算机或多台计算机的布置执行该程序或者说这些指令，促使了所述系统或者说控制装置，尤其是一个或多个计算机，执行此处所述的方法或者说其步骤中的一个或多个，或者说程序或指令都是为此而设置的。

44、在一个实施方案中，该方法的一个或多个，特别是所有步骤完全或部分自动地执行，特别是通过控制装置或其部件。