螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型屬于油田用螺桿泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具體涉及一種螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著油田工業(yè)的發(fā)展，油田抽油機(jī)的節(jié)能問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng)是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型機(jī)采方式，由于其具有工藝簡(jiǎn)單、裝備投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，正在我國(guó)大部分油田中推廣應(yīng)用。但傳統(tǒng)的螺桿泵是由異步電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，存在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率低、大馬拉小車和系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本實(shí)用新型為克服【背景技術(shù)】中的不足，提供了一種螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)螺桿泵，具有系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高、過(guò)載能力強(qiáng)且運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括微控制單元MCU和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)檢測(cè)模塊反饋連接微控制單元MCU，采用的技術(shù)方案在于:所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM，所述的微控制單元MCU通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)連接無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM,所述的檢測(cè)模塊包括電流檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊。
[0005]進(jìn)一步的，所述的微控制單元MCU是一個(gè)具有PWM模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、捕獲模塊及串行通信接口 SCI的數(shù)字信號(hào)處理器。
[0006]進(jìn)一步的，所述的微控制單元MCU中的PWM模塊依次經(jīng)過(guò)隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路連接逆變器。
[0007]進(jìn)一步的，所述的無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM通過(guò)電流檢測(cè)模塊與微控制單元MCU中的A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋連接。
[0008]進(jìn)一步的，所述的無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM通過(guò)速度檢測(cè)模塊與微控制單元MCU中的捕獲模塊反饋連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述的電流檢測(cè)模塊采用霍爾電流傳感器，霍爾電流傳感器經(jīng)濾波器連接微控制單元MCU中的A/D轉(zhuǎn)換模塊。
[0010]進(jìn)一步的，所述的速度檢測(cè)模塊與無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM內(nèi)的霍爾位置傳感器連接，霍爾位置傳感器依次經(jīng)光耦6N137、反相器74LS14連接微控制單元MCU中的捕獲模塊。
[0011]進(jìn)一步的，所述的逆變器連接有整流電路。
[0012]進(jìn)一步的，所述的整流電路采用三相橋式結(jié)構(gòu)，其中整流橋輸出端的干路接有熔斷器。
[0013]進(jìn)一步的，所述的微控制單元MCU的串行通信接口 SCI連接有儀表顯示器。
[0014]本實(shí)用新型的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，分別通過(guò)速度檢測(cè)模塊和電流檢測(cè)模塊對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的速度和電流進(jìn)行檢測(cè)，并分別將檢測(cè)后的數(shù)字信號(hào)傳遞給微控制單元MCU，經(jīng)微控制單元MCU計(jì)算后與給定轉(zhuǎn)速值和給定轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較，比較后，微控制單元MCU中的PWM模塊發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)依次經(jīng)過(guò)隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路后傳向逆變器，控制逆變器中的功率開(kāi)關(guān)管的通斷，進(jìn)而實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的轉(zhuǎn)速，真正達(dá)到電機(jī)控制的穩(wěn)定性，更好地驅(qū)動(dòng)螺桿泵動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效的目的。且無(wú)刷直流電機(jī)可經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無(wú)需傳統(tǒng)的機(jī)械減速裝置，省去了中間的傳動(dòng)裝置，也省去了后續(xù)維護(hù)等問(wèn)題，減少了成本，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，控制方便。
【附圖說(shuō)明】
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[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型的控制策略框圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型的電流檢測(cè)及過(guò)流保護(hù)電路圖。
[0018]圖4是本實(shí)用新型的速度檢測(cè)電路圖。
[0019]圖5是本實(shí)用新型的功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0020]本實(shí)施方式中的微控制單元MCU通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)連接無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM,無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM再分別通過(guò)電流檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊反饋連接微控制單元MCU。
[0021 ] 具體來(lái)說(shuō)，參照?qǐng)D1和圖2，微控制單元MCU是一個(gè)具有PWM模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、捕獲模塊及串行通信接口 SCI的數(shù)字信號(hào)處理器。微控制單元MCU的PWM模塊輸出六路PWM信號(hào)，先經(jīng)隔離電路進(jìn)行弱電隔離保護(hù)、再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開(kāi)關(guān)管的通斷。參照?qǐng)D5，逆變器采用IGBT作為其主電路中的功率開(kāi)關(guān)管，驅(qū)動(dòng)電路選取日本富士公司的EXB841快速型IGBT驅(qū)動(dòng)專用模塊，模塊采用高速光耦隔離，具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)能力，能夠驅(qū)動(dòng)IGBT，故需要六個(gè)配合使用。
[0022]參照?qǐng)D1、圖2及圖4，無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM通過(guò)速度檢測(cè)模塊與微控制單元MCU中的捕獲模塊反饋連接，速度檢測(cè)模塊是通過(guò)無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM內(nèi)的霍爾位置傳感器來(lái)獲取的，將獲取的三路霍爾位置信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦6N137隔離后，再經(jīng)反相器74LS14整形，消除毛刺干擾，提高信號(hào)的抗干擾能力，最后經(jīng)捕獲模塊接收并傳送給微控制單元MCU，由微控制單元MCU計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，并與微控制單元MCU中的給定轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，形成速度的閉環(huán)控制。
[0023]參照?qǐng)D1、圖2及圖3，無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM通過(guò)電流檢測(cè)模塊與微控制單元MCU中的A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋連接，電流檢測(cè)模塊采用的是霍爾電流傳感器，通過(guò)霍爾電流傳感器將檢測(cè)到的電流值經(jīng)RC濾波器濾波后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給微控制單元MCU，以作為電流反饋值，并經(jīng)微控制單元MCU計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩后與給定轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較，形成轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制。此外電流檢測(cè)模塊具有過(guò)流保護(hù)能力，一旦發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象，比較器會(huì)輸出低電平信號(hào)給微控制單元MCU，系統(tǒng)就會(huì)停止工作，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。
[0024]參照?qǐng)D1，為給逆變器提供可靠的直流電，逆變器連接有整流電路，整流電路采用三相橋式結(jié)構(gòu)，對(duì)三相交流電源進(jìn)行整流，將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為逆變器所用的直流電，并采用大電容濾波來(lái)消除直流電源的波紋，且電容具有緩沖過(guò)壓的功能。其中整流橋輸出端的干路接有熔斷器，以避免因?yàn)檫^(guò)流而引起開(kāi)路；繼電器Jl和電阻R構(gòu)成軟啟動(dòng)狀態(tài)，以避免啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊。
[0025]參照?qǐng)D1，微控制單元MCU的串行通信接口 SCI連接有儀表顯示器，顯示出當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向等信息以便于觀察。
[0026]工作時(shí)，首先，根據(jù)螺桿泵驅(qū)動(dòng)力的大小來(lái)確定微控制單元MCU中無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的給定轉(zhuǎn)速值和給定轉(zhuǎn)矩值，然后，速度檢測(cè)模塊檢測(cè)到無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)微控制單元MCU的捕獲模塊接收后與給定轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較；電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的電流，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊接收后傳送給微控制單元MCU與給定轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較，兩項(xiàng)比較后，微控制單元MCU將輸出六路PWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開(kāi)關(guān)管的通斷，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)控?zé)o刷直流電機(jī)BLCOM的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制的穩(wěn)定性，使電機(jī)更好地驅(qū)動(dòng)螺桿泵的動(dòng)作，達(dá)到節(jié)能高效的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括微控制單元MCU和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)檢測(cè)模塊反饋連接微控制單元MCU，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM，所述的微控制單元MCU通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)連接無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM，所述的檢測(cè)模塊包括電流檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的微控制單元MCU是一個(gè)具有PWM模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、捕獲模塊及串行通信接口 SCI的數(shù)字信號(hào)處理器。
3.如權(quán)利要求2所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的微控制單元MCU中的PWM模塊依次經(jīng)過(guò)隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路連接逆變器。
4.如權(quán)利要求2所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM通過(guò)電流檢測(cè)模塊與微控制單元MCU中的A/D轉(zhuǎn)換模塊反饋連接。
5.如權(quán)利要求2所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM通過(guò)速度檢測(cè)模塊與微控制單元MCU中的捕獲模塊反饋連接。
6.如權(quán)利要求4所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電流檢測(cè)模塊采用霍爾電流傳感器，霍爾電流傳感器經(jīng)濾波器連接微控制單元MCU中的A/D轉(zhuǎn)換豐旲塊。
7.如權(quán)利要求5所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的速度檢測(cè)模塊與無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM內(nèi)的霍爾位置傳感器連接，霍爾位置傳感器依次經(jīng)光耦6N137、反相器74LS14連接微控制單元MCU中的捕獲模塊。
8.如權(quán)利要求1所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的逆變器連接有整流電路。
9.如權(quán)利要求8所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的整流電路采用三相橋式結(jié)構(gòu)，其中整流橋輸出端的干路接有熔斷器。
10.如權(quán)利要求2-9的任意一項(xiàng)所述的螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于:微控制單元MCU的串行通信接口 SCI連接有儀表顯示器。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種螺桿泵用無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括微控制單元MCU和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)檢測(cè)模塊反饋連接微控制單元MCU，其技術(shù)要點(diǎn)是：所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM，所述的微控制單元MCU通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)連接無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM,所述的檢測(cè)模塊包括電流檢測(cè)模塊和速度檢測(cè)模塊。本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)無(wú)刷直流電機(jī)BLDCM的轉(zhuǎn)速，真正達(dá)到電機(jī)控制的穩(wěn)定性，具有過(guò)載能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠且效率高的特點(diǎn)，可更好地驅(qū)動(dòng)螺桿泵動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效的目的。
【IPC分類】H02P6-08, H02P6-06
【公開(kāi)號(hào)】CN204442216
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520189835
【發(fā)明人】呂德剛, 周德義, 孫宏達(dá)
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日