權(quán)利要求

1.采礦車輛(300)，其包括：

AC電動(dòng)機(jī)(104)，其用于為所述采礦車輛的移動(dòng)和鉆探功能中的至少一個(gè)提供動(dòng)力，

外部電網(wǎng)連接器(106)，其用于從外部電網(wǎng)(203)接收第一AC電壓，

電池(101)和被耦接在所述電池(101)和所述AC電動(dòng)機(jī)(104)之間的逆變器(102)，以提供第二AC電壓，

第一可控開關(guān)(201)，其在所述外部電網(wǎng)連接器(106)和所述AC電動(dòng)機(jī)(104)之間，

第二可控開關(guān)(202)，其在所述逆變器(102)和所述AC電動(dòng)機(jī)(104)之間，以及

控制計(jì)算機(jī)(305)，其被耦接到所述第一可控開關(guān)(201)并且被耦接到所述第二可控開關(guān)(202)，并且被配置成控制所述第一AC電壓和所述第二AC電壓到所述AC電動(dòng)機(jī)(104)的耦合；

所述采礦車輛(300)的特征在于：

所述采礦車輛包括被配置成檢測所述第一AC電壓的相位的第一檢測器(402)，

所述采礦車輛包括被配置成檢測所述第二AC電壓的相位的第二檢測器(403)，

所述采礦車輛包括同步比較器(401)，所述同步比較器被耦接到所述第一檢測器(402)和所述第二檢測器(403)，并且所述同步比較器被配置成產(chǎn)生指示在所述第一AC電壓和所述第二AC電壓之間的相位差的同步信號(hào)(411)，以及

所述控制計(jì)算機(jī)(305)被配置成實(shí)施電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序，所述電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序包括：

閉合所述第二開關(guān)(202)以將所述第二AC電壓耦合到所述AC電動(dòng)機(jī)(104)，

監(jiān)視所述同步信號(hào)(411)以發(fā)現(xiàn)在所述第一AC電壓和所述第二AC電壓之間的所述相位差變得小于預(yù)定極限，

斷開所述第二開關(guān)(202)，以及

閉合所述第一開關(guān)(201)以將所述第一AC電壓耦合到所述AC電動(dòng)機(jī)(104)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采礦車輛(300)，其中：

所述控制計(jì)算機(jī)(305)被耦接到所述逆變器(102)的第一控制輸入，并且被配置成向所述逆變器(102)提供速度參考信號(hào)(412)，

所述AC電動(dòng)機(jī)(104)的速度檢測器被耦接到所述逆變器(102)的第二控制輸入，并且所述速度檢測器被配置成向所述逆變器(102)提供速度反饋信號(hào)(413)，

所述逆變器(102)被配置成控制所述第二AC電壓的提供以使所述速度反饋信號(hào)(413)匹配所述速度參考信號(hào)(412)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的采礦車輛(300)，其中：

所述逆變器(102)被耦接到所述控制計(jì)算機(jī)(305)的輸入，并且被配置成向所述控制計(jì)算機(jī)(305)提供電動(dòng)機(jī)速度指示信號(hào)(414)。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的采礦車輛(300)，其包括：

用戶界面(406)，所述用戶界面被耦接到所述控制計(jì)算機(jī)(305)以允許在所述控制計(jì)算機(jī)(305)和用戶之間交換信息。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的采礦車輛(300)，其中，

所述控制計(jì)算機(jī)(305)被配置成，作為針對(duì)發(fā)現(xiàn)在所述第一AC電壓和所述第二AC電壓之間的相位差保持小于所述預(yù)定極限已經(jīng)達(dá)到了比預(yù)定延遲長的時(shí)間的響應(yīng)，而從對(duì)所述同步信號(hào)(411)的所述監(jiān)視進(jìn)行到將所述第二開關(guān)(202)的所述斷開。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的采礦車輛(300)，其中，所述采礦車輛是巖鉆機(jī)。

7.一種用于啟動(dòng)采礦車輛(300)的AC電動(dòng)機(jī)(104)的方法，包括：

利用由所述采礦車輛(300)的車載的用電池供電的逆變器(102)提供的第二AC電壓，將所述AC電動(dòng)機(jī)(104)加速(501)到第一速度，

比較(502)從外部電網(wǎng)(203)獲取的第一AC電壓的相位與所述第二AC電壓的相位，

作為針對(duì)在所述第一AC電壓的所述相位和所述第二AC電壓的所述相位之間的差大于預(yù)定極限的響應(yīng)，改變(503)所述逆變器(102)使所述AC電動(dòng)機(jī)(104)旋轉(zhuǎn)的速度，以及

作為針對(duì)在所述第一AC電壓的所述相位和所述第二AC電壓的所述相位之間的所述差小于所述預(yù)定極限的響應(yīng)，從利用所述第二AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)(104)改變(504、505)成利用所述第一AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)(104)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括：

使用所述用電池供電的逆變器(102)，產(chǎn)生在可控頻率的所述第二AC電壓，

在所述用電池供電的逆變器(102)中，接收指示所述AC電動(dòng)機(jī)(104)的期望轉(zhuǎn)速的速度參考信號(hào)(412)和指示所述AC電動(dòng)機(jī)(104)的檢測到的轉(zhuǎn)速的速度反饋信號(hào)(413)，以及

控制所述第二AC電壓的所述頻率，以使所述速度反饋信號(hào)(413)匹配所述速度參考信號(hào)(412)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，

作為針對(duì)發(fā)現(xiàn)在所述第一AC電壓和所述第二AC電壓之間的相位差保持小于所述預(yù)定極限已經(jīng)達(dá)到了比預(yù)定延遲長的時(shí)間的響應(yīng)，而完成從利用所述第二AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)(104)到利用所述第一AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)(104)的所述改變(504、505)。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及電動(dòng)采礦車輛的技術(shù)領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及啟動(dòng)采礦車輛的AC電動(dòng)機(jī)的任務(wù)，從而能夠最小化或避免外部電網(wǎng)的過度負(fù)載。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)上，諸如鉆機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、卡車等的采礦車輛由它們自己的內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力。近來，發(fā)展趨勢已經(jīng)朝向包括有大功率的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)采礦車輛發(fā)展，該電動(dòng)機(jī)既可以由采礦車輛攜帶的電池供電，也可以由外部電網(wǎng)供電。電動(dòng)采礦車輛的優(yōu)點(diǎn)包括，例如，噪聲更小、廢氣更少、廢熱更少，并且現(xiàn)場燃料分配的要求更少。

作為示例，可以考慮電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。這種鉆機(jī)用附圖標(biāo)記100在圖1中概略地示出。該鉆機(jī)包括電池101、逆變器102、開關(guān)塊103和主電動(dòng)機(jī)104?？刂朴?jì)算機(jī)105被配置成至少控制逆變器102和開關(guān)塊103，外部電網(wǎng)連接器106也被連接于此。

由鉆機(jī)100的主電動(dòng)機(jī)104產(chǎn)生的動(dòng)力能夠被引導(dǎo)以運(yùn)行鉆探致動(dòng)器的液壓泵或者移動(dòng)車輛。也能夠具有用于鉆探和移動(dòng)的單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)。通常，當(dāng)鉆機(jī)100在隧道的末端處就位時(shí)，電動(dòng)機(jī)104的動(dòng)力被用于鉆探。當(dāng)孔準(zhǔn)備好被裝填和爆破時(shí)，電動(dòng)機(jī)104停止一段時(shí)間，該時(shí)間用于將動(dòng)力重定向到使鉆機(jī)100的輪子或履帶移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。然后，電動(dòng)機(jī)104被再次啟動(dòng)以將鉆機(jī)100驅(qū)動(dòng)到安全位置，以等待裝填物爆破并清除爆破的石頭。

電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)100的電池101通常不夠大以至于不能單獨(dú)供應(yīng)長時(shí)間的鉆探所需的全部電力。替代地，對(duì)于當(dāng)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)100從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方的時(shí)間段之外的所有其它時(shí)間段，電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)100通常都與現(xiàn)場的電網(wǎng)耦接。

眾所周知，大功率的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是一個(gè)可能的問題源，其原因是所謂的浪涌電流。在啟動(dòng)時(shí)的短時(shí)間段期間，電動(dòng)機(jī)可能會(huì)吸收比電動(dòng)機(jī)在正常操作期間吸收的穩(wěn)態(tài)電流顯著更高的電流。

圖2概略地示意了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)104時(shí)起作用的一些部件。開關(guān)201和202屬于圖1中的開關(guān)塊103。概率地示出了外部電網(wǎng)203，并且在電網(wǎng)中和在鉆機(jī)100內(nèi)均存在過載斷路器204和205。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)104的典型方法可以包括保持開關(guān)202閉合并保持開關(guān)201斷開，并利用從電池101通過逆變器102獲取的電力對(duì)電動(dòng)機(jī)104進(jìn)行所謂的預(yù)加速。一旦電動(dòng)機(jī)104旋轉(zhuǎn)得足夠快，開關(guān)202便被斷開并且開關(guān)201閉合。這樣，電網(wǎng)203不需要在任何長的時(shí)間段內(nèi)提供大量的浪涌電流，因?yàn)樗鼉H在電動(dòng)機(jī)104已經(jīng)旋轉(zhuǎn)時(shí)才起作用。

然而，已經(jīng)顯示出難以使外部電網(wǎng)203平穩(wěn)地接管電動(dòng)機(jī)104的驅(qū)動(dòng)。例如，在較老的礦井中，電網(wǎng)203的尺寸可以被設(shè)計(jì)成用于如此小的最大電流，以至當(dāng)嘗試上述類型的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序時(shí)，電網(wǎng)的過載斷路器204會(huì)跳閘。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)EP 3 037 297 A1公開了一種電驅(qū)動(dòng)采礦車輛，其中由電力電子設(shè)備供應(yīng)的無功電流量和用于對(duì)輔助能量源進(jìn)行充電或放電的有效充電電流量關(guān)于供應(yīng)線纜的最大電流值而受到控制。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)US 2012/298004 A1公開了一種電驅(qū)動(dòng)采礦車輛，其具有用于操作主要功能的一個(gè)電動(dòng)機(jī)和用于操作輔助功能的另一個(gè)電動(dòng)機(jī)。另外，該車輛包括發(fā)電輔助單元，能夠從該發(fā)電輔助單元向任何電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種采礦車輛和一種用于啟動(dòng)采礦車輛的AC電動(dòng)機(jī)的方法，其被設(shè)計(jì)成使得它們僅對(duì)外部電網(wǎng)的電流提供能力提出適度的要求。本發(fā)明的另一個(gè)目的是能夠?qū)F(xiàn)有技術(shù)的采礦車輛轉(zhuǎn)換成根據(jù)本發(fā)明的采礦車輛，而僅適度地要求大修或更新工作。

通過將適當(dāng)?shù)腁C電壓的相位比較和電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)程序相組合，實(shí)現(xiàn)了這些和其它有利的目的。

根據(jù)第一方面，提供了一種采礦車輛。采礦車輛包括AC電動(dòng)機(jī)和外部電網(wǎng)連接器，該AC電動(dòng)機(jī)用于為采礦車輛的移動(dòng)功能和鉆探功能中的至少一個(gè)提供動(dòng)力，該外部電網(wǎng)連接器用于從外部電網(wǎng)接收第一AC電壓。采礦車輛包括電池和逆變器，該逆變器被耦接在所述電池和所述AC電動(dòng)機(jī)之間，以提供第二AC電壓。采礦車輛包括：在所述外部電網(wǎng)連接器和所述AC電動(dòng)機(jī)之間的第一可控開關(guān)和在所述逆變器和所述AC電動(dòng)機(jī)之間的第二可控開關(guān)。采礦車輛包括控制計(jì)算機(jī)，該控制計(jì)算機(jī)被耦接到所述第一可控開關(guān)和所述第二可控開關(guān)，并且被配置成控制所述第一和第二AC電壓到所述AC電動(dòng)機(jī)的耦合。采礦車輛包括第一檢測器和第二檢測器，該第一檢測器被配置成檢測所述第一AC電壓的相位，該第二檢測器被配置成檢測所述第二AC電壓的相位。采礦車輛包括同步比較器，該同步比較器被耦接到所述第一和第二檢測器，并且被配置成產(chǎn)生指示在所述第一和第二AC電壓之間的相位差的同步信號(hào)?？刂朴?jì)算機(jī)被配置成基于所述同步信號(hào)來控制所述第一和第二開關(guān)的切換。

根據(jù)第一方面的實(shí)施例，控制計(jì)算機(jī)被耦接到逆變器的第一控制輸入，并且被配置成向逆變器提供速度參考信號(hào)。AC電動(dòng)機(jī)的速度檢測器被耦接到逆變器的第二控制輸入，并且被配置成向逆變器提供速度反饋信號(hào)。逆變器被配置成控制所述第二AC電壓的提供以使所述速度反饋信號(hào)匹配所述速度參考信號(hào)。這具有能夠容易地將本發(fā)明作為對(duì)于已經(jīng)具有到逆變器的類似連接的現(xiàn)有采礦車輛的升級(jí)的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第一方面的實(shí)施例，逆變器被耦接到控制計(jì)算機(jī)的輸入，并且被配置成向控制計(jì)算機(jī)提供電動(dòng)機(jī)速度指示信號(hào)。這具有控制計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行其配備有關(guān)于電動(dòng)機(jī)速度的信息的動(dòng)作的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第一方面的實(shí)施例，采礦車輛包括用戶界面，該用戶界面被耦接到所述控制計(jì)算機(jī)以允許在控制計(jì)算機(jī)和用戶之間交換信息。這具有可以給予用戶關(guān)于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)階段的良好控制和最新信息的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第一方面的實(shí)施例，控制計(jì)算機(jī)被配置成實(shí)施電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序，該電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序包括：閉合所述第二開關(guān)，以將所述第二AC電壓耦合到所述AC電動(dòng)機(jī)；監(jiān)視所述同步信號(hào)，以發(fā)現(xiàn)在所述第一和第二AC電壓之間的所述相位差變得小于預(yù)定極限；斷開所述第二開關(guān)，并閉合所述第一開關(guān)，以將所述第一AC電壓耦合到所述AC電動(dòng)機(jī)。這具有提供了一種系統(tǒng)性的方法來避免所有過度浪涌電流的出現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第一方面的實(shí)施例，控制計(jì)算機(jī)被配置成，作為對(duì)于發(fā)現(xiàn)在所述第一和第二AC電壓之間的相位差保持小于所述預(yù)定極限已經(jīng)達(dá)到了長于預(yù)定延遲的時(shí)間的響應(yīng)，而從所述同步信號(hào)的所述監(jiān)視進(jìn)行到所述第二開關(guān)的所述斷開。這具有不會(huì)在過短的時(shí)間窗口中嘗試開關(guān)操作的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第一方面的實(shí)施例，所述采礦車輛是巖鉆機(jī)。這具有能夠在外部電網(wǎng)并非總是最強(qiáng)健的礦井深處的位置處實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利特征的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第二方面，提供了一種用于啟動(dòng)采礦車輛的AC電動(dòng)機(jī)的方法。該方法包括：利用由所述采礦車輛的車載的用電池供電的逆變器提供的第二AC電壓將所述AC電動(dòng)機(jī)加速到第一速度；比較從外部電網(wǎng)獲取的第一AC電壓的相位與所述第二AC的相位；作為對(duì)在所述第一和第二AC電壓的所述相位之間的差大于預(yù)定極限的響應(yīng)，改變所述逆變器使所述AC電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度；并且作為對(duì)在所述第一和第二AC電壓的所述相位之間的所述差小于所述預(yù)定極限的響應(yīng)，從利用所述第二AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)改變成利用所述第一AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)。

根據(jù)第二方面的實(shí)施例，該方法包括：使用所述用電池供電的逆變器以產(chǎn)生在可控頻率的所述第二AC電壓；在所述用電池供電的逆變器中接收指示所述AC電動(dòng)機(jī)的期望轉(zhuǎn)速的速度參考信號(hào)和指示所述AC電動(dòng)機(jī)的檢測到的轉(zhuǎn)速的速度反饋信號(hào)；并控制所述第二AC電壓的所述頻率以使所述速度反饋信號(hào)匹配所述速度參考信號(hào)。這具有提供了一種系統(tǒng)性的方法來避免所有過度浪涌電流的出現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)第二方面的實(shí)施例，作為針對(duì)發(fā)現(xiàn)在所述第一和第二AC電壓之間的相位差保持小于所述預(yù)定極限已經(jīng)達(dá)到了長于預(yù)定延遲的時(shí)間的響應(yīng)，完成了從利用所述第二AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)到利用所述第一AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)的所述改變。這具有不會(huì)在過短的時(shí)間窗口中嘗試開關(guān)操作的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

被包括以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示意了本發(fā)明的實(shí)施例并且與說明書一起有助于解釋本發(fā)明的原理。在繪圖中：

圖1概略地示出了電動(dòng)鉆機(jī)；

圖2概略地示出了鉆機(jī)的一些電氣部件和連接；

圖3概略地示出了電動(dòng)鉆機(jī)；

圖4概略地示出了電動(dòng)采礦車輛的一些電氣部件和連接；

圖5示意了方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品；并且

圖6示意了在兩種不同情況下檢測在兩個(gè)AC電壓之間的相位差的比較。

具體實(shí)施方式

圖3概略地示意了電動(dòng)采礦車輛300的示例。它是電動(dòng)的事實(shí)意味著采礦車輛300包括至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)104，該電動(dòng)機(jī)足夠強(qiáng)大以向采礦車輛的主要功能中的至少一些提供動(dòng)力。在圖3的示例中，采礦車輛300是巖鉆機(jī)，其主要功能包括在巖石中鉆孔并使車輛四處移動(dòng)。為了向這些功能中的至少一個(gè)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)104應(yīng)當(dāng)具有至少幾十千瓦并且優(yōu)選地幾百千瓦的功率。不排除更大功率的電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)機(jī)104優(yōu)選是AC電動(dòng)機(jī)，因?yàn)锳C電動(dòng)機(jī)具有很多有利的特征，例如健壯性、可靠性、相對(duì)直接的速度控制和良好的效率。在采礦車輛300中如何進(jìn)一步傳遞AC電動(dòng)機(jī)104的輸出功率對(duì)于本發(fā)明來說并不重要。作為示例，AC電動(dòng)機(jī)104可以操作一個(gè)或多個(gè)液壓泵，該一個(gè)或多個(gè)液壓泵將液壓流體泵送到鉆探機(jī)器、輪轂電動(dòng)機(jī)等中的致動(dòng)器。

圖4是采礦車輛300的某些部件的概略框圖，所述部件在為其主要功能——例如移動(dòng)和/或鉆探功能——提供動(dòng)力方面起作用。在附圖中，相同或本質(zhì)上相似的部件使用相同的附圖標(biāo)記。

采礦車輛300包括用于從外部電網(wǎng)203接收第一AC電壓的外部電網(wǎng)連接器106。過載斷路器204和205可以用在外部電網(wǎng)203中或者采礦車輛300中或用于這兩者，以提供對(duì)潛在危險(xiǎn)的過電流情況的保護(hù)。外部電網(wǎng)203可以是例如在鉆探現(xiàn)場處——諸如礦井或隧道施工現(xiàn)場——的供電網(wǎng)。

采礦車輛包括電池101，電池101的存儲(chǔ)容量和放電電流額定值足夠高以允許至少在有限的時(shí)間段內(nèi)使用來自電池101的電能量操作AC電動(dòng)機(jī)104。逆變器102被耦接在電池101和AC電動(dòng)機(jī)104之間，以提供第二AC電壓。在圖4中示出了兩個(gè)可控開關(guān)。第一可控開關(guān)201設(shè)置在外部電網(wǎng)連接器106和AC電動(dòng)機(jī)104之間，并且第二可控開關(guān)202設(shè)置在逆變器102和AC電動(dòng)機(jī)104之間。在圖3的概略示意中，第一可控開關(guān)201和第二可控開關(guān)202屬于開關(guān)塊303。

第一和第二AC電壓的幅度不必相同。在采礦車輛的典型操作環(huán)境中，可從外部電網(wǎng)203獲得的AC電壓的幅度可以在380伏和690伏之間變化。能夠由電池101和逆變器102提供的AC電壓的幅度具有某個(gè)最大值，例如450伏。

控制計(jì)算機(jī)305被耦接到第一可控開關(guān)201和第二可控開關(guān)202?？刂朴?jì)算機(jī)305被配置成分別使用第一和第二開關(guān)201和202來控制第一和第二AC電壓到AC電動(dòng)機(jī)104的耦合。在圖3和圖4中未更詳細(xì)地示出控制計(jì)算機(jī)305的某些部件及其到使得能夠?qū)崿F(xiàn)這種控制的可控開關(guān)201和202的耦接，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地提出很多方式，使得能夠使控制計(jì)算機(jī)控制對(duì)此處涉及的各種電壓和電流額定的開關(guān)的狀態(tài)。

采礦車輛300包括：第一檢測器402，該第一檢測器被配置成檢測第一AC電壓的相位；和第二檢測器403，該第二檢測器被配置成檢測第二AC電壓的相位。檢測器402和403沿著電壓線的位置并不重要，但是為了確保能夠分別檢測第一和第二AC電壓的相位，有利的是在它們之間具有至少一個(gè)可控開關(guān)。在圖4的示例中，第一檢測器402位于外部電網(wǎng)連接器106和第一可控開關(guān)201之間，并且第二檢測器403位于第二可控開關(guān)202和AC電動(dòng)機(jī)104之間。在圖3的概略示意中，第一檢測器402和第二檢測器403可以被包括在開關(guān)塊303中。

采礦車輛包括同步比較器401，該同步比較器401被耦接到第一和第二檢測器402和403，并被配置成產(chǎn)生指示在第一和第二AC電壓之間的相位差的同步信號(hào)411。同步比較器401也能夠被稱為相位比較器。同步信號(hào)411可以與一比特的標(biāo)志信號(hào)一樣簡單，使得一個(gè)數(shù)位值意味著第一和第二AC電壓的相位相差小于某個(gè)預(yù)定極限，而另一個(gè)數(shù)位值意味著它們相差更大。在更詳細(xì)的實(shí)施例中，同步信號(hào)411能夠包括例如在第一和第二AC電壓之間的瞬時(shí)相位差的量度，和/或某個(gè)其它信息，例如相位差的變化率和方向、第一和第二AC電壓的頻率差，和/或其它信息。

控制計(jì)算機(jī)305被配置成基于同步信號(hào)411來控制第一開關(guān)201和第二開關(guān)202的切換。這使得控制計(jì)算機(jī)305能夠?qū)崿F(xiàn)切換，使得在AC電動(dòng)機(jī)104的啟動(dòng)期間，能夠顯著地減少浪涌電流的短脈沖。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，盡管利用從電池獲取的電能來使電動(dòng)機(jī)預(yù)加速并且僅在此之后切換成使用電網(wǎng)的現(xiàn)有技術(shù)方法有助于避免浪涌電流的主要部分，但是仍然存在重磁化電流的問題。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在不考慮在不同AC電壓之間的相位差的情況下，在逆變器和AC電動(dòng)機(jī)之間的開關(guān)被斷開，并且在外部電網(wǎng)連接器和AC電動(dòng)機(jī)之間的開關(guān)隨后被閉合。這可能導(dǎo)致在當(dāng)?shù)谝籄C電壓被連接時(shí)的時(shí)刻在AC電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)位置不是最佳的情況。這繼而可能會(huì)導(dǎo)致可能僅持續(xù)幾毫秒或幾十毫秒的浪涌電流尖峰，但可能瞬時(shí)地涉及幾百千伏安的視在功率。

當(dāng)基于同步信號(hào)411完成了第一開關(guān)201和第二開關(guān)202的切換時(shí)，第一開關(guān)201能夠在與AC電動(dòng)機(jī)104中的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置處于最佳關(guān)系的瞬時(shí)閉合。最有利地，切換瞬時(shí)被選擇為使得在第一和第二AC電壓之間的相位差小于預(yù)定極限。這樣，利用來自外部電網(wǎng)的電能量使AC電動(dòng)機(jī)繼續(xù)操作能夠最大程度地利用AC電動(dòng)機(jī)104中的轉(zhuǎn)子的剩磁，這繼而有助于甚至在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)抑制任何浪涌電流尖峰。

由于多種原因，要求所有浪涌電流爆發(fā)應(yīng)該被完全消除是不合理的。在電網(wǎng)的AC電壓和在采礦車輛上由逆變器產(chǎn)生的AC電壓之間的幅度差可能會(huì)導(dǎo)致一些浪涌電流。在物理上實(shí)施的第一開關(guān)201和第二開關(guān)202的接觸器中也存在一些機(jī)械延遲。由于該機(jī)械延遲，AC電動(dòng)機(jī)104在它不接收任何AC電壓的短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)稍微減速。這引起相位差并產(chǎn)生一些浪涌電流。

控制計(jì)算機(jī)305可以被耦接到逆變器102的第一控制輸入，并被配置成向逆變器102提供速度參考信號(hào)412。取決于實(shí)現(xiàn)逆變器102的控制的方式，速度參考信號(hào)412可以是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。AC電動(dòng)機(jī)104的速度檢測器(未單獨(dú)示出)可以被耦接到逆變器102的第二控制輸入，并被配置成向逆變器102提供速度反饋信號(hào)。逆變器102可以被配置成控制向AC電動(dòng)機(jī)104提供第二AC電壓，以使速度反饋信號(hào)413匹配速度參考信號(hào)。

AC電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于用于使其旋轉(zhuǎn)的AC電壓的頻率。因此，逆變器102具有的可任由其使用的使速度反饋信號(hào)413匹配速度參考信號(hào)412的手段包括動(dòng)態(tài)地改變它產(chǎn)生的AC電壓的頻率。這種改變能夠例如通過應(yīng)用一些已知的控制回路機(jī)制來完成，例如比例控制、比例積分控制或比例積分微分控制。

逆變器102還可以被耦接到控制計(jì)算機(jī)305的輸入，并且被配置成向控制計(jì)算機(jī)305提供電動(dòng)機(jī)速度指示信號(hào)414。電動(dòng)機(jī)速度指示信號(hào)414可以僅僅是速度反饋信號(hào)413的副本，和/或它可以包括進(jìn)一步的信息，例如在速度參考信號(hào)412和速度反饋信號(hào)413之間的瞬時(shí)差異，或速度反饋信號(hào)413接近速度參考信號(hào)412的速率，等等。

采礦車輛可以包括用戶界面406，該用戶界面406被耦接到控制計(jì)算機(jī)305，以允許信息在控制計(jì)算機(jī)305和采礦車輛的用戶之間交換。如果采礦車輛是有人駕駛的類型并且包括駕駛艙，則用戶界面406可以位于駕駛艙中。如果采礦車輛是遠(yuǎn)程控制的類型，則用戶界面406可以是在此處控制采礦車輛的遠(yuǎn)程工作站的一部分。用戶可以使用用戶界面406例如來開始AC電動(dòng)機(jī)104的啟動(dòng)?？刂朴?jì)算機(jī)305也可以使用用戶界面406來向用戶提供關(guān)于啟動(dòng)程序進(jìn)行的如何的一些最新信息。

在其中控制計(jì)算機(jī)305可以被配置成實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序的一種有利方式包括首先閉合第二開關(guān)202。這使得由逆變器102產(chǎn)生的(第二)AC電壓被耦合到AC電動(dòng)機(jī)104。電動(dòng)機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，從而通過逆變器102從電池101獲取電能。電動(dòng)機(jī)加速的速度取決于其慣性和負(fù)載，以及取決于逆變器102能夠傳遞的以使其加速的功率和由它產(chǎn)生的AC電壓的頻率。

加速階段的目的是使AC電動(dòng)機(jī)104以與可從電網(wǎng)203獲得的(第一)AC電壓同步的速度和相位旋轉(zhuǎn)。已經(jīng)多好地實(shí)現(xiàn)了這種同步的指示能夠以同步信號(hào)411的形式用于控制計(jì)算機(jī)305，該同步信號(hào)指示在所述第一和第二AC電壓之間的相位差。因此，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)程序可以包括監(jiān)視同步信號(hào)411以發(fā)現(xiàn)何時(shí)在第一和第二AC電壓之間的所述相位差變得小于預(yù)定極限。當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，能夠斷開第二開關(guān)202，并且能夠閉合第一開關(guān)201，以將第一AC電壓而不是第二AC電壓耦合到AC電動(dòng)機(jī)104。

這種啟動(dòng)程序以在圖5中的方法的形式示意?？商娲?，可以作為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的圖示檢視圖5，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括一組或多組的一條或多條機(jī)器可讀指令，這些指令在由控制計(jì)算機(jī)305的一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)引起對(duì)應(yīng)方法的實(shí)現(xiàn)。

該方法中的步驟501包括利用由采礦車輛300的車載的用電池供電的逆變器102提供的第二AC電壓將AC電動(dòng)機(jī)104加速到第一速度。該第一速度應(yīng)當(dāng)被選擇成使得將在該頻率下實(shí)現(xiàn)所述第一速度的第二AC電壓的頻率對(duì)應(yīng)于第一AC電壓的已知頻率。換句話說，如果第一AC電壓被替代地用于加速的話，步驟501可以被認(rèn)為包括使用第二AC電壓來將AC電動(dòng)機(jī)104加速到所述AC電動(dòng)機(jī)104最終將會(huì)采取的速度。

該方法中的步驟502包括將第一AC電壓(從外部電網(wǎng)203獲取的)的相位與第二AC電壓的相位進(jìn)行比較。只要相位不匹配，就必須改變電動(dòng)機(jī)速度(即第二AC電壓的頻率)。因此，作為對(duì)在第一和第二AC電壓的相位之間的差大于預(yù)定極限的響應(yīng)，該方法包括在步驟503改變逆變器102使AC電動(dòng)機(jī)104旋轉(zhuǎn)的速度。

當(dāng)該兩個(gè)AC電壓的相位匹配時(shí)，能夠執(zhí)行從使用第二AC電壓來旋轉(zhuǎn)AC電動(dòng)機(jī)104到使用第一AC電壓來旋轉(zhuǎn)AC電動(dòng)機(jī)104的轉(zhuǎn)換。因此，作為對(duì)在第一和第二AC電壓的相位之間的差小于所述預(yù)定極限的響應(yīng)，該方法包括從利用第二AC電壓旋轉(zhuǎn)AC電動(dòng)機(jī)104到利用所述第一AC電壓旋轉(zhuǎn)所述AC電動(dòng)機(jī)104的改變。這是通過在步驟504斷開第二開關(guān)202并在步驟505閉合第一開關(guān)201來發(fā)生的。

已經(jīng)在圖5中作為單獨(dú)的步驟并且以該順序示出了步驟504和505。實(shí)際上，為了避免外部電網(wǎng)203和逆變器102的輸出彼此耦合，建議確保第一和第二開關(guān)201和202不同時(shí)導(dǎo)通。然而，同時(shí)建議最小化AC電動(dòng)機(jī)104無任何操作電壓的時(shí)間，并且應(yīng)對(duì)所涉及的構(gòu)件的電氣和機(jī)械特性加以考慮。非?？赡艿氖?，第一開關(guān)201的斷開速度比第二開關(guān)202的閉合速度更快，在這種情況下，控制計(jì)算機(jī)305可以被布置成同時(shí)地發(fā)出命令“斷開第一開關(guān)201”和“閉合第二開關(guān)”。如果所涉及的構(gòu)件的電氣和機(jī)械特性使得在實(shí)際中第一開關(guān)201無論如何都將在第二開關(guān)202閉合之前斷開，則甚至能夠以相反的順序發(fā)出所述命令。

在逆變器102的操作中，該方法最有利地包括以下步驟：使用用電池供電的逆變器102以產(chǎn)生在可控頻率的所述第二AC電壓；在所述用電池供電的逆變器102中接收指示所述AC電動(dòng)機(jī)104的期望轉(zhuǎn)速的速度參考信號(hào)412和指示所述AC電動(dòng)機(jī)104的檢測到的轉(zhuǎn)速的速度反饋信號(hào)413；并且控制所述第二AC電壓的所述頻率以使所述速度反饋信號(hào)413匹配所述速度參考信號(hào)412。

圖6示意了一種預(yù)防措施，可以有利地采取該預(yù)防措施以確保該兩個(gè)AC電壓確實(shí)同步。即，應(yīng)該注意的是，即使在頻率方面具有顯著差異的兩個(gè)AC電壓也會(huì)在短暫地使它們的相位在重復(fù)的相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)幾乎相等。圖6中較低的一組曲線示意了在頻率方面帶有相當(dāng)大的差異的兩個(gè)AC電壓AC#1和AC#2。當(dāng)在第一和第二AC電壓之間的相位差小于預(yù)定極限時(shí)，數(shù)字同步信號(hào)的值是高的，否則，數(shù)字同步信號(hào)的值是低的。較高的一組曲線示出了類似的情況，但是該兩個(gè)AC電壓的頻率彼此接近。在這種情況下，同步信號(hào)411將更少地采取其高值，但是會(huì)在更長的時(shí)間內(nèi)保持高值。

為了對(duì)在圖6中示意的現(xiàn)象加以考慮，控制計(jì)算機(jī)305可以被配置成，對(duì)于發(fā)現(xiàn)在第一和第二AC電壓之間的相位差保持小于所述預(yù)定極限已經(jīng)達(dá)到了長于預(yù)定延遲的時(shí)間的響應(yīng)，而從監(jiān)視同步信號(hào)411進(jìn)行到斷開第二開關(guān)202。另一種可能性將是利用僅測量頻率差并當(dāng)頻率差小于某個(gè)預(yù)定極限時(shí)通知控制計(jì)算機(jī)的另一種測量來增加相位比較。頻率差測量和相位差測量兩者的結(jié)果能夠仍然被組合成一個(gè)單比特同步信號(hào)，例如，使得同步比較器401將僅當(dāng)頻率差測量和相位差測量均示出小于預(yù)定極限時(shí)才激活同步信號(hào)411。

比較圖4和圖2，容易看出如何能夠?qū)⒈景l(fā)明作為對(duì)先前制造的電動(dòng)采礦車輛的升級(jí)來應(yīng)用。電池101、逆變器102、AC電動(dòng)機(jī)104、外部電網(wǎng)連接器106、開關(guān)201和202、過載斷路器205和在這些部件之間的連接可以保持相同。僅需要添加第一和第二檢測器402和403，以及同步比較器401和用于同步信號(hào)411的線路。第一和第二檢測器402和403可以是例如感應(yīng)檢測器，或者其它檢測器，使得它們不需要到分別的AC電壓線的任何電流連接，并且同步比較器401能夠作為小型信號(hào)處理盒被添加在采礦車輛內(nèi)的合適位置處。很多工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)在任何情況下都沒有輸入/輸出線，因此只需要使用一條這樣的輸入線來使控制計(jì)算機(jī)305能夠接收同步信號(hào)411即可?？刂朴?jì)算機(jī)305執(zhí)行的軟件需要一些升級(jí)，但是工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)通常被配備用于無論如何都要接受軟件更新，并且存在用于以直接方式執(zhí)行這種更新的程序。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以以各種方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本思想。因此，本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上述示例，而是它們可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。作為示例，即使同步比較器401與相位檢測器402和403在圖4中被示出為單獨(dú)的實(shí)體，但是能夠?qū)?duì)應(yīng)的功能組合到只要該兩個(gè)被檢查的AC電壓的相位足夠接近彼此就給出同步信號(hào)的單個(gè)構(gòu)件中。