本发明专利技术公开了一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置，包括DSP控制器、FPGA逻辑信号处理器、MCU控制显示面板、逻辑变换电路、驱动器、功率变换电路、开关磁阻电机、抽油机、采样电路、旋转编码器、编码信号处理电路和流量检测器。该装置将抽油机流量、开关磁阻电机及控制装置视为一个完整系统，进行整体设计，参数调整，可以使控制对象开关磁阻电机的工况随抽油机流量的变化而变化，及时调节转速，改变抽油机的冲次，实现基于流量和冲次的闭环控制，提高抽油机工作效率，节约电能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油田抽油机电气传动及控制设备，特别是涉及一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置。
技术介绍
目前，在石油开采过程中，抽油机的动力主要采用以下两种方案：一是交流异步电动机，电机工作效率低，在控制方法上，没有采用机井出油流量-冲次闭环控制，电机的工作状况与机井流量无关，长期全速运行能量损耗大；二是采用单片机作为控制器对抽油机用开关磁电机进行控制，但控制精度和效率低，无法精确实时检测抽油机工况和机井流量的实际工况，直接影响经济效益和设备寿命。
技术实现思路
针对以上不足，本专利技术的目的是提供一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置，该装置采用DSP控制器，可以使控制对象-开关磁阻电机的工况实时随抽油机流量的变化而变化，及时调节转速，改变抽油机的冲次，使抽油机控制系统更加精准，更加高效节能，功能更加强大，可靠性更高。实现本专利技术目的采用的技术方案是：高效节能的抽油机控制装置包括：一DSP控制器，用以存储抽油机转矩曲线数据和相关计算，采集流量、电压电流和转速信息，产生控制开关磁阻电机电压、电流、转速、转矩以及开通角开通角θon和关断角θoff的驱动信号；一与DSP控制器电连接的FPGA逻辑信号处理器，用以对控制信号、故障信号、通讯信号等进行逻辑处理，同时对相关信号进行数字信号滤波；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的MCU控制显示面板，用以对整机进行面板控制以及与DSP控制器进行相关的数据交互，同时将整个设备的关键数据显示在显示屏上；一与DSP控制器电连接的采样电路，用以采集功率变换电路和开关磁阻电机的电压、电流、温度信号，以及通过流量检测器检测到的抽油机的流量信号；一流量检测器，安装在抽油机进油管上并与采样电路电连接，用以检测抽油机井石油流量；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的逻辑变换电路，将从采样电路和驱动电路等传来的信号进行逻辑处理，变成FPGA逻辑信号处理器能够识别的数字信号，用于对整个系统运行的故障和状态采集；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的驱动器，用以将从DSP控制器输出经过FPGA逻辑信号处理器处理的PWM脉冲变成满足功率器件驱动要求的脉冲；一与驱动器电连接的功率变换电路，用以将驱动器的脉冲进行功率放大，以便驱动开关磁阻电机；一与功率变换电路电连接的开关磁阻电机，用以将电能转换为机械能；一抽油机：在开关磁阻电机拖动下抽取井下石油；旋转编码器：其输入端与开关磁阻电机电连接，输出端与编码信号处理电路电连接，用以产生位置脉冲，此脉冲作为控制开关磁阻电机时的开通角θon和关断角θoff同步脉冲，同时通过些脉冲检测开关磁阻电机的运行速度进行速度闭环；一与旋转编码器电连接的编码信号处理电路，用以处理旋转编码器发出的编码信号，并将处理后的信号传递给FPGA逻辑信号处理器。本专利技术还可以在上述技术方案的基础上，增加了外部数据交互电路，整个系统同外部设备进行数据传输通过外部数据交互电路实现，外部数据交互电路与MCU控制显示面板电连接，当MCU控制显示面板对整个系统的数据采集和统计完成之后，可以通过外部数据交互电路将数据传输到计算机或云端进行数据统合统计和处理，从而实现对整个油田所有设备的监控。本专利技术的优点和积极效果在实际应用中充分体现在：1.将抽油机流量、开关磁阻电机及控制装置视为一个完整系统，进行整体设计，参数调整，实现基于流量——冲次的闭环控制，达到系统工况随机井流量变化而变化，提高抽油机工作效率，节约电能。2.开关磁阻电机在全速下，通过对电压、电流、速度以及石油的流量的信号采集，计算出最优的电流、速度给定值以及最优开通角θon和关断角θoff给定值，通过闭环控制获取最大平均转矩，提高开关磁阻电机的带负载能力，充分利用输入电能。3.DSP控制器根据开关磁阻电机的电流和速度反馈调节开通角θon和关断角θoff，转速增加，电流变大，负载功率变大，开通角θon就提前，反之则延后。由于关断角θoff对系统功率和转速影响有限，所以针对关断角θoff我们仅仅只做一些微调。4.该控制装置通过开关磁阻电机的转子信号组成速度负反馈控制，采集的流量信号经DSP控制器线性处理后作为系统的速度给定信号，通过开关磁阻电机的相电流组成电流负反馈控制，使整个系统形成一个完整的闭环，提高传动系统的机械特性，有益于提高系统效率。以下结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。附图说明图1是本专利技术的原理框图。图2是本专利技术中采样电路图。图3是本专利技术中逻辑变换电路图。图4是本专利技术中驱动电路图。图5是本专利技术中开关磁阻电机的功率变换电路图。图6是本专利技术中系统控制框图。图7是本专利技术低速和低功率运行时的功率器件(如IGBT)驱动脉冲波形图。图8是本专利技术高速和高功率运行时的功率器件(如IGBT)驱动脉冲波形图。具体实施方式本专利技术装置是基于流量——冲次闭环抽油机SR电动机控制系统。它的实现方法很多，模拟的和数字的都能实现，现针对四相12/8极的开关磁阻电动机为控制对象，用一个数字控制的实施例来说明。如图1所示，本装置包括DSP控制器1、采样电路2、流量检测器3、逻辑变换电路4、MCU控制显示面板5、FPGA逻辑信号处理器6、驱动器7、功率变换电路8、开关磁阻电机9、抽油机10、外部数据交互设备11、编码信号处理电路12和旋转编码器13。DSP控制器1用以存储抽油机控制参数和进行相关计算，DSP选用C2000系列数字信号处理器的TMS320F28335，它是一个由数字部件和模拟部件混合的微型控制器，Harvard结构内核，有4M×16位的程序存储空间和4M×16数据存储空间，片上有256K×16位的FLASH，频率可用到150MHz；16路AD采样通道，12路ePWM输出，6路32位Ecap/eQEP输入，6个DMA通道，1个I2C，3个SCI，3个SPI，2个Ecan。因此，选用该DSP可以很好的完成位置、转速、流量检测和转速电流的闭环控制。在AD采样通道中，ADCINA0、ADCINA1、ADCINA2采集开关磁阻电机9的相电流，ADCINA3采集功率变换电路8的输入母线电压，ADCINA4采集功率变换电路8的功率管的温度信号，ADCINA5采集开关磁阻电机9内部线包的温度信号，ADCINA6采集抽油机的流量信号。ePWM控制输出口由Epwm1A、Epwm1B、Epwm2A、Epwm2B、Epwm3A、Epwm3B提供，用于驱动功率变换电路8以实现对开关磁阻电机9的控制。Ecap/eQEP编码信号采集通道主要由ECAP1、ECAP2、ECAP3提供，用于采集开关磁阻电机9转子位置和速度信号。DMA通道用来对AD采集和通讯进行硬件信号处理，以加快数据的处理速度。其余通讯接口的所有接口都和FPGA逻辑信号处理器相连接，以实现对外围通讯以及存储接口的连接，进而进行数据存储和数据通讯。在抽油机上冲次阶段，DSP控制器1控制开关磁阻电机9工作在电动状态，向抽油机提供上升动能；在下冲次阶段，DSP控制器1控制开关磁阻电机9工作在制动状态，将抽油机上降的势能转化为电动回馈到母线中。FPGA逻辑信号处理器6与DSP控制器1电连接，用以对控制信号、故障信号、通讯信号等进行逻辑处理，同时对相关信号进行数字信号滤波。选用CycloneIII系列逻辑芯片EP3C10F256C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置，其特征在于包括：一DSP控制器，用以存储抽油机转矩曲线数据和相关计算，采集流量、电压电流和转速信息，产生控制开关磁阻电机电压、电流、转速、转矩以及开通角开通角θon和关断角θoff的驱动信号；一与DSP控制器电连接的FPGA逻辑信号处理器，用以对控制信号、故障信号、通讯信号等进行逻辑处理，同时对相关信号进行数字信号滤波；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的MCU控制显示面板，用以对整机进行面板控制以及与DSP控制器进行相关的数据交互，同时将整个设备的关键数据显示在显示屏上；一与DSP控制器电连接的采样电路，用以采集功率变换电路和开关磁阻电机的电压、电流、温度信号，以及通过流量检测器检测到的抽油机的流量信号；一流量检测器，安装在抽油机进油管上并与采样电路电连接，用以检测抽油机井石油流量；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的逻辑变换电路，将从采样电路和驱动电路等传来的信号进行逻辑处理，变成FPGA逻辑信号处理器能够识别的数字信号，用于对整个系统运行的故障和状态采集；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的驱动器，用以将从DSP控制器输出经过FPGA逻辑信号处理器处理的PWM脉冲变成满足功率器件驱动要求的脉冲；一与驱动器电连接的功率变换电路，用以将驱动器的脉冲进行功率放大，以便驱动开关磁阻电机；一与功率变换电路电连接的开关磁阻电机，用以将电能转换为机械能；一抽油机：在开关磁阻电机拖动下抽取井下石油；旋转编码器：其输入端与开关磁阻电机电连接，输出端与编码信号处理电路电连接，用以产生位置脉冲，此脉冲作为控制开关磁阻电机时的开通角θon和关断角θoff同步脉冲，同时通过些脉冲检测开关磁阻电机的运行速度进行速度闭环；一与旋转编码器电连接的编码信号处理电路，用以处理旋转编码器发出的编码信号，并将处理后的信号传递给FPGA逻辑信号处理器。...
【技术特征摘要】
1.一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置，其特征在于包括：一DSP控制器，用以存储抽油机转矩曲线数据和相关计算，采集流量、电压电流和转速信息，产生控制开关磁阻电机电压、电流、转速、转矩以及开通角开通角θon和关断角θoff的驱动信号；一与DSP控制器电连接的FPGA逻辑信号处理器，用以对控制信号、故障信号、通讯信号等进行逻辑处理，同时对相关信号进行数字信号滤波；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的MCU控制显示面板，用以对整机进行面板控制以及与DSP控制器进行相关的数据交互，同时将整个设备的关键数据显示在显示屏上；一与DSP控制器电连接的采样电路，用以采集功率变换电路和开关磁阻电机的电压、电流、温度信号，以及通过流量检测器检测到的抽油机的流量信号；一流量检测器，安装在抽油机进油管上并与采样电路电连接，用以检测抽油机井石油流量；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的逻辑变换电路，将从采样电路和驱动电路等传来的信号进行逻辑处理，变成FPGA逻辑信号处理器能够识别的数字信号，用于对整个系统运行的故障和状态采集；一与FPGA逻辑信号处理器电连接的驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：林军木，罗强，李红伟，
申请(专利权)人：成都署信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。