專利名稱：一種機(jī)電一體化鉆機(jī)電拖動(dòng)裝置的制作方法
一種機(jī)電一體化鉆機(jī)電拖動(dòng)裝置，它不僅用于各種電動(dòng).鉆機(jī)，而且也可以用于電力機(jī)車、軋鋼機(jī)等的電拖動(dòng)裝置，特別適用于多電機(jī)聯(lián)合拖動(dòng)裝置。
用電動(dòng)機(jī)作為鉆機(jī)的動(dòng)力源是現(xiàn)在正在發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。采用電動(dòng)機(jī)作為鉆機(jī)的動(dòng)力源，使得鉆機(jī)的機(jī)械性能有了很大的改善，降低了能耗。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都在考慮將現(xiàn)有的機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)更換為電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。但是，用電動(dòng)機(jī)做鉆機(jī)的動(dòng)力源，由于鉆機(jī)有多種運(yùn)動(dòng)(如鉆桿的旋轉(zhuǎn)、提升等)，一般要由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)來(lái)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，而電機(jī)的工況變化很大，不僅力矩變化大，而且速度變化也大，各電機(jī)間還要保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系。現(xiàn)有的電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的動(dòng)力源多是采用直流電機(jī)，通過(guò)直流電機(jī)的良好驅(qū)動(dòng)特性來(lái)滿足可控工況的要求。對(duì)于每個(gè)直流電機(jī)用一套復(fù)雜的控制柜進(jìn)行控制。一般的說(shuō)，鉆機(jī)的功率要求較大，因此相對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率也較大?？刂乒褚獙?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的輸入功率進(jìn)行控制，必須有大功率器件在裝置于內(nèi)部，同時(shí)還要求有控制調(diào)節(jié)電路。由于控制調(diào)節(jié)電路與大功率器件裝在一起，動(dòng)力電纜要進(jìn)出控制柜，這就使得一方面控制柜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高，另一方面，控制柜不適應(yīng)于野外露天工作，必須放置于動(dòng)力控制室中。由于鉆機(jī)都是在野外工作，電機(jī)也＊鉆機(jī)放于野外，使得控制室與電機(jī)間必須有強(qiáng)電電纜的進(jìn)出，對(duì)控制室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需有很高的要求。在鉆機(jī)搬家時(shí)，對(duì)控制室與電機(jī)之間的許多連線進(jìn)行拆裝是很困難的。由于每個(gè)電機(jī)都使用自己的控制柜進(jìn)行控制，它們之間的協(xié)調(diào)只有用人工來(lái)進(jìn)行，協(xié)調(diào)技術(shù)要求高。因人的反應(yīng)能力有限，使得協(xié)調(diào)控制策略不能最優(yōu)，降低了整體的機(jī)械性能。現(xiàn)在控制方法還依靠人工進(jìn)行控制，沒(méi)有滿足機(jī)電一體化的要求，實(shí)現(xiàn)操作的智能化。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種機(jī)電一體化的電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力裝置，它不僅是一種電力拖動(dòng)裝置，具有直流電機(jī)拖動(dòng)所具有的良好機(jī)械性能和節(jié)能效果，同時(shí)，可取消直流電機(jī)所需要的復(fù)雜控制柜和動(dòng)力控制室，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便以及能自動(dòng)協(xié)調(diào)各電機(jī)間關(guān)系的優(yōu)良性能。
本發(fā)明的組成如附

圖1所示，它有電動(dòng)機(jī)組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動(dòng)機(jī)組(1)近旁的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對(duì)整個(gè)電動(dòng)機(jī)組進(jìn)行控制的中央控制計(jì)算機(jī)(4)，中央控制計(jì)算機(jī)(4)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)之間通過(guò)串行通訊接口相連，電動(dòng)機(jī)組(1)為多個(gè)隨機(jī)同軸換向電動(dòng)機(jī)，每一控制適配模塊(5)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明可采用隨機(jī)同軸換向電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)電機(jī)。它的結(jié)構(gòu)如附圖1中所示，它由稀土永磁轉(zhuǎn)子(6)、普通電機(jī)定子(7)、無(wú)機(jī)械接觸同步換向控制器(8)以及電源變換器(9)組成。用永磁體做轉(zhuǎn)子，而且無(wú)機(jī)械接觸的同步換向控制器(8)同步控制通向定子線圈的電流換向，達(dá)到定子根據(jù)轉(zhuǎn)子位置改變磁場(chǎng)方向使轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)的目的。它具有直流電機(jī)的全部驅(qū)動(dòng)特性，因此可用做鉆機(jī)等設(shè)備中，使之滿足鉆機(jī)所要求的起動(dòng)與變工況的要求。同時(shí)，由于該電機(jī)的電源換變換器(9)是與電機(jī)裝于一處的，它對(duì)電源變換器(9)的控制是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)中插有的控制適配模塊(5)用弱電控制線進(jìn)行控制。不僅控制適配模塊(5)的輸出線為弱電信號(hào)控制線，而且標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(RTU)(3)也是就近放置于電機(jī)組(1)旁，RTU(3)與中央控制計(jì)算機(jī)(4)也只通過(guò)一根串行通訊電纜相連。因此，它不象使用普通直流電機(jī)那樣需要把電機(jī)輸入強(qiáng)電電纜引入控制室，大大簡(jiǎn)化了控制室的結(jié)構(gòu)。因在控制室中只剩下了中央控制計(jì)算機(jī)(4)，它與RTU只通過(guò)一根串行電纜相連，折裝十分方便。強(qiáng)電電纜直拉接到電機(jī)上，降低了控制室的設(shè)計(jì)要求，省去了電力控制柜。本發(fā)明中，插入RTU(3)中的控制適配模塊(5)可通過(guò)對(duì)電機(jī)組(1)的關(guān)斷線進(jìn)行控制(它根據(jù)中央控制計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)RTU(3)傳來(lái)的命令控制輸出線的高低電位所占時(shí)間比例)，達(dá)到控制電機(jī)輸入能量的目的，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)電機(jī)的工作點(diǎn)，以滿足對(duì)電機(jī)工況進(jìn)行控制的要求。多臺(tái)電機(jī)可通過(guò)在RTU(3)中插入多個(gè)控制適配模塊(5)進(jìn)行控制，由一臺(tái)中央控制計(jì)算機(jī)(4)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制。控制策略已存入計(jì)算機(jī)中，通過(guò)軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。中央控制計(jì)算機(jī)(4)為整個(gè)系統(tǒng)所共有，電機(jī)組的控制只占用它的一部分處理能力。中央控制計(jì)算機(jī)(4)還有鉆機(jī)各種物理量的檢測(cè)裝置。由于中央處理機(jī)容納了整套鉆井裝置全部的信息并使之協(xié)調(diào)統(tǒng)一，計(jì)算機(jī)的處理速度很高，它可以使控制得到優(yōu)化，提高了整體的機(jī)械性能，降低了協(xié)調(diào)失敗而停機(jī)的概率，也大大加快了過(guò)去由人工進(jìn)行協(xié)調(diào)時(shí)的過(guò)渡時(shí)間，提高了系統(tǒng)效率，節(jié)約了能量。
本發(fā)明中的電機(jī)組(1)也可以采用普通直流電動(dòng)機(jī)，在電動(dòng)機(jī)的旁邊接有如申請(qǐng)?zhí)枮镃N981040235.0的名為《一種大功率數(shù)控調(diào)壓與變流裝置》的專利申請(qǐng)的大功率數(shù)控調(diào)壓裝置(10)。插入RTU(3)的控制適配模塊(5)對(duì)其進(jìn)行控制，如附圖2所示。在中央控制計(jì)算機(jī)(4)的指揮下控制適配模塊(5)按中央控制計(jì)算機(jī)要求的電機(jī)輸入電壓值發(fā)出相應(yīng)的脈寬比脈沖串，通過(guò)大功率數(shù)控調(diào)壓裝置(10)調(diào)節(jié)其平均輸出電壓，達(dá)到控制電機(jī)工況的目的。
本發(fā)明中的電機(jī)組(1)也可以采用可調(diào)勵(lì)磁直流電機(jī)。通過(guò)在直流勵(lì)磁供電端加接上述的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)，并在RTU中插入一塊對(duì)其控制的控制適配模塊(5)，如附圖3所示。與普通直流電機(jī)使用數(shù)控調(diào)節(jié)裝置(10)一樣，通過(guò)中央控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制適配模塊(5)產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)的脈寬比不同脈沖，控制數(shù)控調(diào)壓裝置的平均輸出電壓，達(dá)到調(diào)整勵(lì)磁大小，從而調(diào)整電動(dòng)機(jī)工況的目的。
上述兩種結(jié)構(gòu)的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)與RTU都裝置于電機(jī)近旁，它可使動(dòng)力電纜直接接于電機(jī)處，省去了動(dòng)力控制柜。而中央控制計(jì)算機(jī)與RTU之間通過(guò)串行通訊電纜相連接，同樣能大大簡(jiǎn)化其安裝。使用中央控制計(jì)算機(jī)用軟件的方法來(lái)控制，電機(jī)間的協(xié)調(diào)問(wèn)題得到了很好解決，不僅如此，它體現(xiàn)了機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想。在系統(tǒng)中，可以加入適當(dāng)?shù)妮o助測(cè)量參數(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各點(diǎn)的狀態(tài)(如電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率、溫升等)以提高控制質(zhì)量，保證系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
本發(fā)明不僅可做鉆機(jī)的電拖動(dòng)裝置，也可作為如象軋鋼機(jī)等軋機(jī)以及電力機(jī)車等的電拖動(dòng)裝置。在軋機(jī)中，軋輥的驅(qū)動(dòng)要求有很大的變工況能力，它在有料無(wú)料時(shí)、料的尺寸不同時(shí)，所要求的功率是不一樣的，而且在多軋輥軋機(jī)中，驅(qū)動(dòng)各軋輥的電機(jī)轉(zhuǎn)速要協(xié)調(diào)。過(guò)去通過(guò)手工控制，控制機(jī)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜昂貴，而采用本發(fā)明作為該軋機(jī)的電拖動(dòng)裝置時(shí)，可以很解決變工況問(wèn)題和協(xié)調(diào)問(wèn)題。
本發(fā)明中，中央控制計(jì)算機(jī)、RTU、和各控制適配模塊都是標(biāo)準(zhǔn)的，無(wú)需做特別改動(dòng)，它也可以用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造。由于電機(jī)群的控制由中央控制進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)能力很強(qiáng)，因此它特別適合于在多電機(jī)聯(lián)合拖動(dòng)的場(chǎng)合，如象軋機(jī)、電力機(jī)車等。中央控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)所有的，它對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)與控制，其性能視所控對(duì)象的時(shí)間分辨率(對(duì)調(diào)整變化的響應(yīng)時(shí)間)而定，一般用16位微機(jī)即可。在要求響應(yīng)時(shí)間短的系統(tǒng)，也可以用32位微機(jī)。在本發(fā)明中使用的數(shù)控調(diào)壓裝置可以是用大功率電力電子器件制造，如用達(dá)林頓管，可關(guān)斷可控硅和VMOS等。由于現(xiàn)在電力電子器件的發(fā)展，達(dá)林頓管、可關(guān)斷可控制硅等現(xiàn)在都已有上1000千瓦的控制能量的器件出售，特別使用申請(qǐng)?zhí)枮镃N89104235.0的數(shù)控調(diào)裝置，它可以通過(guò)增加VMOS管的并聯(lián)數(shù)目大提高調(diào)壓與變流裝置的控制功率。
本發(fā)明中的電源裝置(2)可為直流系統(tǒng)，整個(gè)電動(dòng)機(jī)組共用一個(gè)電源，也可以是使用電網(wǎng)供給的交流電，經(jīng)整流后提供給各電動(dòng)機(jī)，其整流組件的結(jié)構(gòu)可以如申請(qǐng)?zhí)枮镃N89104964。專利申請(qǐng)中的結(jié)構(gòu)，整流裝置作為一個(gè)組件裝于電力變壓器旁。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)電一體化鉆機(jī)電拖動(dòng)裝置，它有電動(dòng)機(jī)組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動(dòng)機(jī)組(1)近旁的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對(duì)整個(gè)電動(dòng)機(jī)組(1)進(jìn)行控制的中央控制計(jì)算機(jī)(4)，中央控制計(jì)算機(jī)(4)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)之間通過(guò)串行通訊接口相連，電動(dòng)機(jī)組(1)為多臺(tái)隨機(jī)同軸換向電動(dòng)機(jī)，每一控制適配模塊(5)控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
2.一種機(jī)電一體化鉆機(jī)電拖動(dòng)裝置，它有電動(dòng)機(jī)組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動(dòng)機(jī)組(1)近旁的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對(duì)整個(gè)電動(dòng)機(jī)組(1)進(jìn)行控制的中央控制計(jì)算機(jī)(4)，中央控制計(jì)算機(jī)(4)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)之間通過(guò)串行通訊接口相連，電動(dòng)機(jī)組(1)為多臺(tái)普通直流電動(dòng)機(jī)，在每臺(tái)普通直流電動(dòng)機(jī)的輸入端接有數(shù)控調(diào)壓裝置(10)，每一控制適配模塊(5)通過(guò)控制每一臺(tái)電機(jī)所加接有的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
3.一種機(jī)電一體化鉆機(jī)電拖動(dòng)裝置，它有電動(dòng)機(jī)組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動(dòng)機(jī)組(1)近旁的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對(duì)整個(gè)電動(dòng)機(jī)組(1)進(jìn)行控制的中央控制計(jì)算機(jī)(4)，中央控制計(jì)算機(jī)(4)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(3)之間通過(guò)串行通訊接口相連，電動(dòng)機(jī)組(1)為多臺(tái)可調(diào)勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)，在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁輸入端接有數(shù)控調(diào)壓裝置(10)，每一控制適配模塊(5)通過(guò)控制每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁輸入端所接有的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
全文摘要
一種機(jī)電一體化鉆機(jī)電拖動(dòng)裝置。它不僅用于各種電動(dòng)鉆機(jī)，而且也可用于電力機(jī)車、軋機(jī)等用多臺(tái)電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的電拖動(dòng)裝置。本發(fā)明由電動(dòng)機(jī)組、電源裝置、RTU、控制適配模塊和整個(gè)機(jī)電一體化所共有的中央計(jì)算機(jī)組成。電動(dòng)機(jī)可采用隨機(jī)同軸換向電動(dòng)機(jī)，也可是普通直流電動(dòng)機(jī)加數(shù)控調(diào)壓裝置，還可以是可調(diào)勵(lì)磁直流電動(dòng)機(jī)加數(shù)控調(diào)壓裝置。本發(fā)有直流拖動(dòng)的所有優(yōu)良特性，并且控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，協(xié)調(diào)性好。
文檔編號(hào)H02P7/00GK1050474SQ8910709
公開(kāi)日1991年4月3日 申請(qǐng)日期1989年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月22日
發(fā)明者石行, 尤裝 申請(qǐng)人:北京市西城新開(kāi)通用試驗(yàn)廠