本實用新型涉及石油開采機械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在中國，螺桿泵作為一種體積小、一次性投資少、見效快的采油設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各大油田。

但傳統(tǒng)的機械式的采油機卻存在著很多問題，例如，傳統(tǒng)螺桿泵采用機械傳動，采用普通的異步電動機通過皮帶和變速箱來帶動螺桿泵的轉(zhuǎn)動，螺桿泵的力矩?zé)o法控制，當(dāng)井下發(fā)生異?；虻孛娉隹诠芫€發(fā)生阻塞時，螺桿泵的速度卻無法控制，導(dǎo)致螺桿泵的轉(zhuǎn)動速度一直保持恒定，這樣一來就會造成螺桿泵泵桿扭斷，變速箱內(nèi)齒輪斷裂，甚至?xí)斐僧惒诫妱訖C損壞，事故頻發(fā)，機械損耗大，影響采油效率，且工作量大。

因此，為了能更好地驅(qū)動螺桿泵，可以采用永磁無刷直流電機；永磁無刷直流電機的力矩和速度可以方便地進行控制。

但是，在永磁無刷直流電機的調(diào)速系統(tǒng)的研究中，由于永磁無刷直流電機在啟動時轉(zhuǎn)子位置是任意的，無法準確確定轉(zhuǎn)子的初始位置，轉(zhuǎn)子的初始位置檢測得不準確，會降低永磁無刷直流電機的啟動轉(zhuǎn)矩，嚴重時會造成啟動時永磁無刷直流電機反轉(zhuǎn)。因此本實用新型申請?zhí)峁┮环N帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)；可以方便地控制螺桿泵的力矩和速度，尤其是啟動 方向。

相關(guān)文獻：《內(nèi)嵌式永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測》。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型的目的提供一種帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)；可以方便地控制螺桿泵的力矩和速度，尤其是啟動方向。

為達到上述目的，本實用新型采用的具體技術(shù)方案如下：

一種帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于：包括直流電源，螺桿泵、驅(qū)動模塊、永磁無刷直流電機、控制器、脈沖發(fā)生器；

所述直流電源經(jīng)驅(qū)動模塊為永磁無刷直流電機供電，所述永磁無刷直流電機帶動螺桿泵工作；

所述控制器通過脈沖發(fā)生器控制驅(qū)動模塊驅(qū)動永磁無刷直流電機；

所述永磁無刷直流電機還連接有初始定位裝置，該初始定位裝置包括電壓檢測單元和電流互感器；

其中電壓檢測單元的三相輸入端連接在永磁無刷直流電機的三相輸入端上；電壓檢測單元用于檢測永磁無刷直流電機的三相輸入端的任一相的輸出電壓信號并傳送給控制器；

所述電流互感器串接在直流電源與驅(qū)動模塊之間；電流互感器用于檢測直流電源的輸出電流信號并傳遞給控制器；

控制器獲取初始定位裝置的輸出電壓信號和輸出電流信號，控制永磁無刷直流電機的啟動方向。

采用永磁無刷直流電機驅(qū)動螺桿泵；永磁無刷直流電機的力矩和速度可以方便地進行控制。

但是，由于永磁無刷直流電機在啟動時轉(zhuǎn)子位置是任意的，無法準確確定轉(zhuǎn)子的初始位置，轉(zhuǎn)子的初始位置檢測得不準確，會降低永磁無刷直流電機的啟動轉(zhuǎn)矩，嚴重時會造成啟動時永磁無刷直流電機反轉(zhuǎn)。因此所述控制器還連接有永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)子的初始定位裝置；初始定位裝置用于檢測轉(zhuǎn)子的初始位置；控制器根據(jù)初始定位裝置的輸出信號確定轉(zhuǎn)子的初始位置后再啟動永磁無刷直流電機。

在啟動永磁無刷直流電機之前，所述控制器通過脈沖發(fā)生器輸出觸發(fā)脈沖控制驅(qū)動模塊為永磁無刷直流電機的定子繞組施加脈沖檢測電壓，通過電壓檢測單元的輸出電壓信號并結(jié)合電流互感器的輸出電流信號確定永磁無刷直流電機的轉(zhuǎn)子初始位置，確定轉(zhuǎn)子初始位置后再啟動永磁無刷直流電機。

所述電壓檢測單元由第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓電阻R3、第四分壓電阻R4、第五分壓電阻R5、第六分壓電阻R6組成，永磁無刷直流電機的A相輸入端經(jīng)第一分壓電阻R1串第二分壓電阻R2后接地，永磁無刷直流電機的B相輸入端經(jīng)第三分壓電阻R3串第四分壓電阻R4后接地，永磁無刷直流電機的C相輸入端經(jīng)第五分壓電阻R5串第六分壓電阻R6后接地；

第一分壓電阻R1與第二分壓電阻R2的公共端作為電壓檢測單元的A相電壓輸出端連接到控制器；第三分壓電阻R3與第四分壓電阻R4的公共端作為電壓檢測單元的B相電壓輸出端連接到控制器；第五分壓電阻R5與第六分壓電阻R6的公共端作為電壓檢測單元的C相電壓輸出端連接到控制器。

由于無刷直流電機的三相輸入端的輸出電壓信號過高，采用所述電壓檢測單元分壓后輸出給控制器。

所述驅(qū)動模塊為三相全橋逆變電路。

所述電路簡單實用。

所述永磁無刷直流電機的輸出軸與所述螺桿泵相連接。

通過上述設(shè)計，采用永磁無刷直流電機取代普通的異步電動機，利用該永磁無刷直流電機直接驅(qū)動螺桿泵，去掉了機械傳動部分的變速箱和皮帶傳動的部分，不但效率高，而且還極大地減少了機械損耗。

所述永磁無刷直流電機的定子中性點連接有定子電壓零點采樣模塊，所述定子電壓零點采樣模塊的輸出端連接控制器。

定子電壓零點采樣模塊對電機定子中性點的電壓過零點進行采集并傳遞給控制器，控制器計算出電機在運行時轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置。

以上設(shè)置可以避免在永磁無刷直流電機上安裝檢測轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器，避免了位置傳感器對永磁無刷直流電機運行、維護造成的不變，同時節(jié)約了成本。

所述直流電源由三相交流電源經(jīng)整流模塊整流獲得。

有益效果：本實用新型提供了一種帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)，可以方便地控制螺桿泵的力矩和速度，尤其是啟動方向。

附圖說明

圖1是本實用新型的模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實用新型的電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式以及工作原理作進一步詳細說明。

從圖1、圖2可以看出，一種帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)，包括直流電源1，螺桿泵2、驅(qū)動模塊3、永磁無刷直流電機4、控制器5、脈沖發(fā)生器6；

所述直流電源1經(jīng)驅(qū)動模塊3為永磁無刷直流電機4供電，所述永磁無刷直流電機4帶動螺桿泵2工作；

所述控制器5通過脈沖發(fā)生器6控制驅(qū)動模塊3驅(qū)動永磁無刷直流電機4；

驅(qū)動模塊3由六只開關(guān)功率管組成，脈沖發(fā)生器6的信號輸出端組(Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅、Q₆)分別連接到驅(qū)動模塊3的控制端組(T_A⁺、T_B⁺、T_C⁺、T_A^-、T_B^-、T_C^-)。

所述永磁無刷直流電機4還連接有初始定位裝置7，該初始定位裝置7包括電壓檢測單元71和電流互感器72；

其中電壓檢測單元71的三相輸入端連接在永磁無刷直流電機4的三相輸入端上；電壓檢測單元71用于檢測永磁無刷直流電機4的三相輸入端的任一相的輸出電壓信號并傳送給控制器5；

所述電流互感器72串接在直流電源1與驅(qū)動模塊3之間；電流互感器72用于檢測直流電源1的輸出電流信號并傳遞給控制器5；

控制器5獲取初始定位裝置7的輸出電壓信號和輸出電流信號，控制永磁無刷直流電機4的啟動方向。

永磁無刷直流電機4實際上是一個凸極電機，它的每相繞組的自感將隨著轉(zhuǎn)子的位置變化而變化。通過對電機定子繞組施加合適的電壓脈沖，檢測未通電相的端電壓就可以獲得轉(zhuǎn)子的位置信息。但這種方法存在兩個穩(wěn)定區(qū)，為了把它們區(qū)別開來，利用磁飽和效應(yīng)對凸極性電機的影響來區(qū)分南北極。

首先控制器5通過脈沖發(fā)生器6經(jīng)驅(qū)動模塊3對永磁無刷直流電機4三相繞組中的任意兩相分別施加正反激勵電壓，通過電壓檢測單元71檢測第三相繞組的兩次電壓輸出大小，就可以判斷三相自感的大小，將三相自感按大小排序，根據(jù)三相自感大小順序，結(jié)合轉(zhuǎn)子處于不同位置時三相繞組自感變化曲線，初步估計轉(zhuǎn)子對應(yīng)的兩個位置區(qū)；根據(jù)獲得的三相自感大小順序，利用磁飽和法從自感最大的相向其余兩相施加正反激勵電壓，通過電流互感器72檢測其兩次電流大小，根據(jù)兩次電流大小最終確定轉(zhuǎn)子所在的一個位置區(qū)。

由于所述位置確定方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，在本實用新型中不再詳細贅述。

所述電壓檢測單元71由第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2、第三分壓電阻R3、第四分壓電阻R4、第五分壓電阻R5、第六分壓電阻R6組成，永磁無刷直流電機4的A相輸入端經(jīng)第一分壓電阻R1串第二分壓電阻R2后接地，永磁無刷直流電機4的B相輸入端經(jīng)第三分壓電阻R3串第四分壓電阻R4后接地，永磁無刷直流電機4的C相輸入端經(jīng)第五分壓電阻R5串第六分壓電阻R6后接地；

第一分壓電阻R1與永磁無刷直流電機4的A相輸入端的連接點、第三分壓電阻R3與永磁無刷直流電機4的B相輸入端的連接點、第五分壓電阻R5與永磁無刷直流電機4的C相輸入端的連接點是電壓檢測單元71的三相輸入端。

第一分壓電阻R1與第二分壓電阻R2的公共端作為電壓檢測單元71的A相電壓輸出端連接到控制器5；第三分壓電阻R3與第四分壓電阻R4的公共端作為電壓檢測單元71的B相電壓輸出端連接到控制器5；第五分壓電阻R5與第六分壓電阻R6的公共端作為電壓檢測單元71的C相電壓輸出端連接到 控制器5。

所述驅(qū)動模塊3為三相全橋逆變電路。

所述永磁無刷直流電機4的輸出軸與所述螺桿泵2相連接。

所述永磁無刷直流電機4的定子中性點連接有定子電壓零點采樣模塊8，所述定子電壓零點采樣模塊8的輸出端連接控制器5。

定子電壓零點采樣模塊8對永磁無刷直流電機4定子中性點的電壓進行過零點進行采集并傳遞給控制器5，控制器5計算出轉(zhuǎn)子運行時的當(dāng)前位置。

所述控制器5的計算方法屬于成熟技術(shù)。

所述直流電源1由三相交流電源經(jīng)整流模塊整流獲得。

綜上所述，本實用新型提供了一種帶初始定位裝置的采油螺桿泵驅(qū)動系統(tǒng)，可以方便地控制螺桿泵的力矩和速度，尤其是啟動方向。