專利名稱：一種油田打井絞車用大功率無刷直流電機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機(jī)控制裝置，具體涉及一種油田打井絞車用大功率無刷直流電機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，油田打井絞車都是采用異步電機(jī)+減速齒輪箱+變頻器的結(jié)構(gòu)，其主要缺點是電流大，特別是起動電流大，耗電多，油田打井絞車經(jīng)常起動，停止，造成大量電能浪費掉。世界各國尚無采用大功率直流無刷電動機(jī)作為油田打井絞車的直驅(qū)動力設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本實用新型的目的在于提供一種油田打井絞車用大功率無刷直流電機(jī)控制裝置。利用該裝置可以完成油田打井絞車所有功能，即快速啟停、快速上下、懸停、準(zhǔn)確停位。為實現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案一種油田打井絞車用大功率無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，該裝置包括調(diào)壓調(diào)速單元、回饋節(jié)能單元、整流器和電解電容，所述電解電容與整流器連接，所述整流器與電源連接，其中，調(diào)壓調(diào)速單元包括輸入單元、電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動單元、驅(qū)動三相逆變器、位置解碼模塊和位置傳感器，其中，輸入單元、電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動單元和驅(qū)動三相逆變器依次連接，位置解碼模塊與電機(jī)控制器連接，位置傳感器與位置解碼模塊連接；所述驅(qū)動三相逆變器通過直流母線與電解電容連接；回饋節(jié)能單元包括回饋控制器、回饋驅(qū)動單元、回饋三相逆變器、電源電壓相位檢測單元和直流母線電壓檢測單元，其中，回饋三相逆變器、回饋驅(qū)動單元和回饋控制器依次連接，回饋三相逆變器與電源和直流母線連接，電源電壓相位檢測單元與電源和回饋控制器連接，直流母線電壓檢測單元與直流母線和回饋控制器連接。本實用新型的其他技術(shù)特征為所述調(diào)壓調(diào)速單元還包括故障處理模塊、電流檢測單元和電壓檢測單元，所述故障處理模塊、電流檢測單元和電壓檢測單元均與電機(jī)控制器和驅(qū)動三相逆變器的輸出連接。所述回饋控制器和電機(jī)控制器均采用TMS320F2407A。所述回饋三相逆變器和驅(qū)動三相逆變器均采用絕緣柵雙極型晶體管。所述回饋驅(qū)動單元和電機(jī)驅(qū)動單元均采用光電耦合器。所述電源電壓相位檢測單元采用鑒相器，所述直流母線電壓檢測單元采用霍爾電壓傳感器。所述位置解碼模塊采用AD2S90芯片，所述位置傳感器采用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。所述輸入單元為鍵盤。[0016]所述故障處理模塊采用或門電路。所述電流檢測單元采用霍爾電流互感器，電壓檢測單元采用霍爾電壓傳感器。本實用新型的裝置，不需齒輪降速，電機(jī)直接驅(qū)動絞車；其工作電壓為交流600V， 功率達(dá)500Kw以上，且可實現(xiàn)無刷直流電機(jī)的電流的限幅控制即“ccc”電流控制和直流無刷電動機(jī)回饋節(jié)能。裝置可實現(xiàn)速度、電流雙閉環(huán)，速度采用模糊PID控制，電流采用增量式PID控制策略。本實用新型的技術(shù)效果為本裝置所實現(xiàn)的控制過程具有啟動電流小、運行效率高，節(jié)約能源，且可縮短打井時間、提高打井工效、降低打井成本；裝置中設(shè)有回饋節(jié)能單元可有效避免絞車下行時電壓升高而損害裝置中的電容與功率器件IGBT。同時該裝置可應(yīng)用于軋鋼等領(lǐng)域。

圖1為本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合實施例與附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實施方式
本實用新型的裝置包括調(diào)壓調(diào)速單元1、回饋節(jié)能單元2、整流器14和電解電容 15，所述電解電容15與整流器14連接，所述整流器14與電源13連接，其中，調(diào)壓調(diào)速單元 1包括輸入單元3、電機(jī)控制器4、電機(jī)驅(qū)動單元5、驅(qū)動三相逆變器12、位置解碼模塊6和位置傳感器10，其中，輸入單元3、電機(jī)控制器4、電機(jī)驅(qū)動單元5和驅(qū)動三相逆變器12依次連接，位置解碼模塊6與電機(jī)控制器4連接，位置傳感器10與位置解碼模塊6連接；所述驅(qū)動三相逆變器12通過直流母線21與電解電容15連接；回饋節(jié)能單元2包括回饋控制器 16、回饋驅(qū)動單元17、回饋三相逆變器18、電源電壓相位檢測單元19和直流母線電壓檢測單元20，其中，回饋三相逆變器18、回饋驅(qū)動單元17和回饋控制器16依次連接，回饋三相逆變器18與電源13和直流母線21連接，電源電壓相位檢測單元19與電源13和回饋控制器16連接，直流母線電壓檢測單元20與直流母線21和回饋控制器16連接。所述調(diào)壓調(diào)速單元1還包括故障處理模塊7、電流檢測單元8和電壓檢測單元9， 所述故障處理模塊7、電流檢測單元8和電壓檢測單元9均與電機(jī)控制器4和驅(qū)動三相逆變器12的輸出連接。上述各模塊或單元優(yōu)先選用硬件為回饋控制器16和電機(jī)控制器4均采用 TMS320F2407A;回饋三相逆變器18和驅(qū)動三相逆變器12均采用絕緣柵雙極型晶體管 IGBT ；回饋驅(qū)動單元17和電機(jī)驅(qū)動單元5均采用光電耦合器；電源電壓相位檢測單元19采用鑒相器；直流母線電壓檢測單元20采用霍爾電壓傳感器；位置解碼器6采用AD2S90芯片，位置傳感器10采用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器；輸入單元3為鍵盤等其他輸入裝置；故障處理模塊7采用或門電路；電流檢測單元8采用霍爾電流互感器，電壓檢測單元9采用霍爾電壓傳感器。調(diào)壓調(diào)速單元1是本實用新型的核心模塊，其功能是驅(qū)動無刷直流電機(jī)11帶動油田打井絞車工作。其中輸入單元輸入控制信息，并將控制信息傳輸給電機(jī)控制器。[0027]電機(jī)控制器綜合輸入單元、位置解碼模塊提供的信息，輸出六路PWM脈沖信號到電機(jī)驅(qū)動單元。電機(jī)驅(qū)動單元放大、隔離六路PWM脈沖信號。驅(qū)動三相逆變器六路PWM脈沖信號控制下，輸出三相交流電，驅(qū)動無刷直流電機(jī)。位置傳感器檢測電機(jī)定、轉(zhuǎn)子相對位置。位置解碼模塊將定轉(zhuǎn)子相對位置轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將其傳輸給電機(jī)控制器。故障處理模塊硬件故障處理。電流檢測單元檢測電流，供電機(jī)控制器作顯示與數(shù)字過流保護(hù)。電壓檢測單元檢測電壓，供電機(jī)控制器作顯示與過壓保護(hù)?；仞伖?jié)能單元2的功能是保護(hù)主回路的電容、IGBT等，并將絞車運行過程中的多余能量回饋回電網(wǎng)，提高設(shè)備的效率。它包括主回路與控制電路，主回路是由IGBT組成的逆變器，當(dāng)直流母線電壓高到一定值時，逆變器開始工作，將直流電逆變成50hz三相交流電，回饋回電網(wǎng)。其中電源電壓相位檢測單元檢測電源或電網(wǎng)的相位，保證回饋三相逆變器18輸出相位與電源電網(wǎng)相同，并將檢測結(jié)果傳輸給回饋控制器。直流母線電壓檢測單元檢測直流母線的電壓，并將檢測結(jié)果傳輸給回饋控制器。回饋控制器主要作用是綜合電源電壓相位、直流母線電壓信息，決定反饋與否， 給出六路SPWM脈沖信號?；仞侐?qū)動單元主要作用是對六路SPWM脈沖信號進(jìn)行隔離放大作用，并將放大后的信號傳輸給回饋三相逆變器?；仞伻嗄孀兤髦饕饔檬菍⒅绷麟娔孀兂扇?0hz正弦電，并將其回饋回電源電網(wǎng)。本實用新型的裝置在工作時，其中的驅(qū)動三相逆變器12與無刷直流電機(jī)11連接， 位置傳感器10安裝于電機(jī)轉(zhuǎn)子處；電源13提供的三相600V交流經(jīng)整流器14整流成845V 左右直流，直流電經(jīng)電解電容15濾波后經(jīng)驅(qū)動三相逆變器12為無刷直流電機(jī)11提供電能。裝置中的調(diào)壓調(diào)速單元1和回饋節(jié)能單元2之間具有相對獨立性。調(diào)壓調(diào)速單元1的工作過程為控制信號即從輸入單元3輸入的信號傳輸給電機(jī)控制器4，位置傳感器10檢測的絞車的位置信號經(jīng)位置解碼模塊6傳輸給電機(jī)控制器4，電機(jī)控制器4獲得上述兩個指示信號后，輸出六路PWM脈沖信號給驅(qū)動三相逆變器12，接著驅(qū)動三相逆變器12驅(qū)動無刷直流電機(jī)11工作，無刷直流電機(jī)拖動絞車?；仞伖?jié)能單元2的工作過程為在當(dāng)絞車下行時，勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能通過無刷直流電機(jī)11轉(zhuǎn)化為電能， 此時直流母線21電壓升高，直流母線電壓檢測單元20檢測到直流電壓21超過某一閥值， 起動能量回饋單元2開始工作，結(jié)合電源電壓相位檢測單元19測得的結(jié)果，回饋控制器16 輸出六路SPWM信號經(jīng)回饋驅(qū)動單元17隔離放大后輸入回饋三相逆變器18，驅(qū)動回饋三相逆變器18向電源或電網(wǎng)回饋能量，進(jìn)而減少能量的損失和保護(hù)裝置中的其他功率組件因電壓過高而受損害，同時保證了絞車工作過程中的穩(wěn)定性?？捎刹捎酶哳l變壓器的控制電源將電源的電壓轉(zhuǎn)換為低壓電驅(qū)動裝置中的各個模塊或單元工作。實施例該實施例中的各模塊或單元之間的連接方式如上所述，裝置中的具體硬件為回饋控制器16和電機(jī)控制器4均采用TMS320F2407A ；回饋三相逆變器18和驅(qū)動三相逆變器 12均采用BSM2000GB160DLCK絕緣柵雙極型晶體管；回饋驅(qū)動單元17和電機(jī)驅(qū)動單元5均采用HCPL316J光電耦合器。電源電壓相位檢測單元19采用鑒相器；直流母線電壓檢測單元20采用LV100霍爾電壓傳感器；位置解碼器6采用AD2S90芯片，位置傳感器10采用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器；輸入單元3為鍵盤等其他輸入裝置；故障處理模塊7采用或門電路。電流檢測單元8采用BLF200-S7霍爾電流傳感器，電壓檢測單元9采用LV100霍爾電壓傳感器。
權(quán)利要求1.一種油田打井絞車用大功率無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，該裝置包括調(diào)壓調(diào)速單元(1)、回饋節(jié)能單元(2)、整流器(14)和電解電容(15)，所述電解電容(15)與整流器(14)連接，所述整流器(14)與電源(13)連接，其中調(diào)壓調(diào)速單元(1)包括輸入單元(3)、電機(jī)控制器(4)、電機(jī)驅(qū)動單元(5)、驅(qū)動三相逆變器(12)、位置解碼模塊(6)和位置傳感器(10)，其中，輸入單元(3)、電機(jī)控制器(4)、電機(jī)驅(qū)動單元(5 )和驅(qū)動三相逆變器(12)依次連接，位置解碼模塊(6 )與電機(jī)控制器(4 )連接， 位置傳感器(10)與位置解碼模塊(6)連接；所述驅(qū)動三相逆變器(12)通過直流母線(21) 與電解電容(15)連接；回饋節(jié)能單元(2)包括回饋控制器(16)、回饋驅(qū)動單元(17)、回饋三相逆變器(18)、電源電壓相位檢測單元(19)和直流母線電壓檢測單元(20)，其中，回饋三相逆變器(18)、回饋驅(qū)動單元(17)和回饋控制器(16)依次連接，回饋三相逆變器(18)與電源(13)和直流母線(21)連接，電源電壓相位檢測單元(19)與電源(13)和回饋控制器(16)連接，直流母線電壓檢測單元(20 )與直流母線(21)和回饋控制器(16 )連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)壓調(diào)速單元(1)還包括故障處理模塊 (7 )、電流檢測單元(8 )和電壓檢測單元(9 )，所述故障處理模塊(7 )、電流檢測單元(8 )和電壓檢測單元(9)均與電機(jī)控制器(4)和驅(qū)動三相逆變器(12)的輸出連接。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述回饋控制器(16)和電機(jī)控制器(4)均采用 TMS320F2407A。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述回饋三相逆變器(18)和驅(qū)動三相逆變器(12 )均采用絕緣柵雙極型晶體管。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述回饋驅(qū)動單元(17)和電機(jī)驅(qū)動單元(5) 均采用光電耦合器。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源電壓相位檢測單元(19)采用鑒相器，所述直流母線電壓檢測單元(20)采用霍爾電壓傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述位置解碼模塊(6)采用AD2S90芯片，所述位置傳感器(10)采用正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述輸入單元(3)為鍵盤。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述故障處理模塊(7)采用或門電路。
10.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述電流檢測單元(8)采用霍爾電流互感器，電壓檢測單元(9)采用霍爾電壓傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種油田打井絞車用大功率無刷直流電機(jī)控制裝置。該裝置包括調(diào)壓調(diào)速單元、回饋節(jié)能單元、整流器和電解電容，電解電容與整流器連接，整流器與電源連接，調(diào)壓調(diào)速單元的輸入單元、電機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動單元和驅(qū)動三相逆變器依次連接，位置解碼模塊與電機(jī)控制器連接，位置傳感器與位置解碼模塊連接；驅(qū)動三相逆變器與電解電容連接；回饋節(jié)能單元的回饋三相逆變器、回饋驅(qū)動單元和回饋控制器依次連接，回饋三相逆變器與電源和直流母線連接，電源電壓相位檢測單元與電源和回饋控制器連接，直流母線電壓檢測單元與回饋控制器連接。本裝置所實現(xiàn)的控制過程啟動電流小、運行效率高，且可縮短打井時間、提高打井工效、降低打井成本。
文檔編號H02P6/08GK202143022SQ20112017599
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者李明, 王丁茂, 田春, 苗保剛 申請人:西安飛鷹科技有限責(zé)任公司