采油螺杆泵驱动控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种采油螺杆泵驱动控制系统，包括三相交流电源和螺杆泵，三相交流电源经整流模块、电机驱动模块与电机连接，电机经泵杆与螺杆泵连接，电机为内置式永磁力矩电机，在电机上连接有定子电压零点采样模块，定子电压零点采样模块与控制器的第一输入端连接，控制器的输出端与电机驱动模块连接；定子电压零点采样模块包括由电机引出的定子中性点引出线，该定子中性点引出线经第一电阻、第二电阻接地，第一电阻、第二电阻接的公共端与控制器的第一输入端连接。有益效果：电机运行效率高，安全可靠，节能环保，有效防止泵杆断裂等机械事故，增加了采油时间，降低了工作人员的工作量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电机驱动
，具体地说，是一种采油螺杆泵驱动控制系统。
技术介绍
在中国，螺杆泵作为一种体积小、一次性投资少、见效快的采油设备，广泛应用于各大油田。但传统的机械式的采油机却存在着很多问题，例如，传统螺杆泵采用机械传动，采用普通的异步电动机通过皮带和变速箱来带动螺杆泵的转动，螺杆泵的力矩无法控制，当井下发生异常或地面出口管线发生阻塞时，螺杆泵的速度却无法控制，导致螺杆泵的转动速度一直保持恒定，这样一来就会造成螺杆泵泵杆扭断，变速箱内齿轮断裂，甚至会造成电机损坏，事故频发，机械损耗大，影响采油效率，且工作量大，如图1所示。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出一种效率高、节能环保、采油时间长、机械事故少的采油螺杆泵驱动控制系统，它使用内置式永磁力矩电机传动系统取代机械传动。为达到上述目的，本技术采用的具体技术方案如下：一种采油螺杆泵驱动控制系统，包括三相交流电源和螺杆泵，其关键在于：所述三相交流电源经整流模块、电机驱动模块驱动电机工作，所述电机
输出轴经泵杆与所述螺杆泵连接，所述电机为内置式永磁力矩电机，在所述电机上连接有定子电压零点采样模块，所述定子电压零点采样模块与控制器的第一输入端连接，所述控制器的输出端与所述电机驱动模块连接，用于对所述电机驱动模块的输出电压电流进行控制，达到控制所述电机的转速和转矩的目的；所述定子电压零点采样模块包括由所述电机引出的定子中性点引出线，该定子中性点引出线依次经第一电阻、第二电阻接地，所述第一电阻、第二电阻的公共端与所述控制器的第一输入端连接。通过上述设计，电机采用专用内置式永磁力矩电机取代普通的异步电动机，利用该电机直接驱动泵杆，去掉了机械传动部分的变速箱和皮带传动的部分，不但效率高，而且还极大地减少了机械损耗；并且控制器可以通过控制电机驱动模块来改变电机力矩，实现电机平滑调速，并且对电机定子中性点的电压进行过零点进行采集，可以推测出电机转子当前的位置，这样可以避免在电机上安装检测电机转子的位置传感器，避免了位置传感器对电机运行、维护造成的不变，同时节约了电机运转的成本。进一步描述，为了将控制器的输出信号转化成标准统一的信号，在所述控制器与所述电机驱动模块之间连接有隔离放大模块。进一步描述，在所述控制器的第二输入端上还连接有电压电流采样模块，所述电压电流采样模块的采样端连接在所述电机驱动模块与电机之间。采用上述方案，通过采集电机驱动模块的输出电压、电流，可以实时对电机进行保护，防止电机输入电流或者电压过高而对电机造成损坏或者烧毁。再进一步描述，在所述控制器的第三输入端上还连接有母线电压采样模块，所述母线电压采样模块的采样端连接在所述整流模块与所述电机驱动模
块之间。采用上述方案，母线电压采样模块实时采集母线电压，当母线电压过高或者过低时，控制器实时通过母线电压采样模块采集的信号作出对应的动作，保护电机。再进一步描述，所述电机驱动模块采用三相桥式逆变器，且采用H_PWM-L_PWM调制方式进行调节。采用上述方案，控制器控制三相桥式逆变器的功率开关，实现对电机读入电压电流进行控制，从而实现对转速、转矩的控制，采用H_PWM-L_PWM调制方式，中线点的电压波动最大，从而可以有效地反应了绕组自感的变化情况，更加准确地检测出内置式永磁力矩电机中性点电压的波动情况，从而推断出与定子绕组电感的关系，从而判断出转子的位置。优选地，所述控制器控制芯片为STM32F103RCT6。本技术的有益效果：采用内置式永磁力矩电机直接驱动螺杆泵，效率高，节能环保，有效防止泵杆断裂等机械事故，增加了采油时间，降低了工作人员的工作量；当地下短时发生沙堵，控制器能够做到允许电机短时输出高于额定扭矩的扭矩，当出现油井无油和螺杆泵轻载等情况时，控制器能够识别；通过采集电机定子中性点电压过零点，来实现对电机转子定位，避免了在电机中安装位置传感器，使电机运行更加可靠方便；该电机的控制系统采用H_PWM-L_PWM调制方式，使系统具有无级调速、软启动、软刹车、故障报警等保护功能。附图说明图1传统机械式电机传动在油井系统中的装配示意图；图2是内置式永磁力矩电机及螺杆泵在油井系统中的装配示意图；图3是本技术的结构原理框图；图4是本技术的H_PWM-L_PWM调制方式原理图。图中1.三相交流电源，2.螺杆泵，3.整流模块，4.电机驱动模块，5.电机，6.定子电压零点采样模块，7.控制器，8.隔离放大模块，9.电压电流采样模块，10.母线电压采样模块，101.泵杆，102.泵杆扶正器，103.油管，104.定子，105.转子，106.限位板，107.锚定器，108.筛管，109.尾管，110.异步电动机，111.皮带，112，变速箱。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。实时例：从图2可以看出，一种采油螺杆泵驱动控制系统，包括三相交流电源1和螺杆泵2，三相交流电源1经整流模块3、电机驱动模块4驱动电机5工作，电机5输出轴经泵杆101与螺杆泵2连接，电机5为内置式无刷直流永磁力矩电机。从图3可以看出，在电机5上连接有定子电压零点采样模块6，定子电压零点采样模块6与控制器7的第一输入端连接，控制器7的输出端与电机驱动模块4连接，用于对电机驱动模块4的输出电压电流进行控制，达到控制电机5的转速和转矩的目的，定子电压零点采样模块6包括由电机5引出的定子中性点引出线，该定子中性点引出线经第一电阻、第二电阻接地，第一电阻、第二电阻的公共端与控制器7的第一输入端连接。从图3还可以看出，在控制器7的第二输入端上还连接有电压电流采样
模块9，电压电流采样模块9的采样端连接在电机驱动模块4与电机5之间，用于采集电机5三相电压和电机电流。从图3还可以看出，在控制器7的第三输入端上还连接有母线电压采样模块10，母线电压采样模块10的采样端连接在整流模块3与电机驱动模块4之间，用于采集母线电压。电机驱动模块4采用三相桥式逆变器，且采用H_PWM-L_PWM调制方式进行调节，电机工作于120°导通方式下，即每只开关管导通120°，每个时刻只有两相绕组导通，另一相绕组浮空；每隔60°电角度就有一只开关管关断，另一只开关管开通，具体见图4。作为一种优选的实施方式，控制器7控制芯片为STM32F103RCT6。本技术的工作原理：三相交流电源1经整流模块3整流后，将交流电转换成直流电，再经电机驱动模块4的三相桥式逆变器，通过控制器7控制三相桥式逆变器的功率开关，对电机电压电流进行控制，从而控制电机转速和转矩；其中在电机上还连接有功率定子电压零点采样模块，经定子电压零点采样模块6，采集电机电压过零点信号，获取电机转相信号，确定电机转子的位置，避免了在电机中安装电机转子位置传感器，使电机运行、维护更加方便可靠，同时母线电压采样模块10实时对整流模块3输出的母线电压进行采集，当母线电压过高时，控制器7控制电机驱动模块4不输出信号，实现对电机5进行过电压保护，同时电压电流采样模块9实时采集电机驱动模块4输出的电压、电流，当电压、电流过高时，控制器7作出相应的保护动作，使电机运行效率高，节能环保，有效防止泵杆断裂等机械事故，增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采油螺杆泵驱动控制系统，包括三相交流电源(1)和螺杆泵(2)，其特征在于：所述三相交流电源(1)经整流模块(3)、电机驱动模块(4)驱动电机(5)工作，所述电机(5)输出轴经泵杆与所述螺杆泵(2)连接；所述电机(5)为内置式永磁力矩电机，在所述电机(5)上连接有定子电压零点采样模块(6)，所述定子电压零点采样模块(6)与控制器(7)的第一输入端连接，所述控制器(7)的输出端与所述电机驱动模块(4)连接，用于对所述电机驱动模块(4)的输出电压电流进行控制，达到控制所述电机(5)的转速和转矩的目的；所述定子电压零点采样模块(6)包括由所述电机(5)引出的定子中性点引出线，该定子中性点引出线依次经第一电阻、第二电阻接地，所述第一电阻、第二电阻的公共端与所述控制器(7)的第一输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种采油螺杆泵驱动控制系统，包括三相交流电源(1)和螺杆泵(2)，其特征在于：所述三相交流电源(1)经整流模块(3)、电机驱动模块(4)驱动电机(5)工作，所述电机(5)输出轴经泵杆与所述螺杆泵(2)连接；所述电机(5)为内置式永磁力矩电机，在所述电机(5)上连接有定子电压零点采样模块(6)，所述定子电压零点采样模块(6)与控制器(7)的第一输入端连接，所述控制器(7)的输出端与所述电机驱动模块(4)连接，用于对所述电机驱动模块(4)的输出电压电流进行控制，达到控制所述电机(5)的转速和转矩的目的；所述定子电压零点采样模块(6)包括由所述电机(5)引出的定子中性点引出线，该定子中性点引出线依次经第一电阻、第二电阻接地，所述第一电阻、第二电阻的公共端与所述控制器(7)的第一输入端连接。2.根据权利要求1所述的采油螺杆泵驱动控制系统，其特征在于：在所述控制器(7)与所述电机驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华斌，施金良，贾碧，谢东，许弟建，张亚军，陈国荣，罗妤，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：新型
国别省市：重庆;50