永磁潜油直线电机的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁潜油直线电机的控制系统及方法。该永磁潜油直线电机的控制系统包括：电流检测单元，用于检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流；中央控制单元，用于根据电机视在电流和直流母线电流确定永磁潜油直线电机运行时的电机功率因数；以及电机控制单元，用于根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制。通过本发明专利技术，解决了对永磁潜油直线电机的控制效果差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制
，具体而言，涉及一种永磁潜油直线电机的控制系统及方法。
技术介绍
永磁潜油直线电机是近几年来在油田井下采油设备上逐步得到应用的新型机电产品。现有的永磁潜油直线电机由于所处的工作环境恶劣、与地面控制系统之间的距离太远等问题，无法安装和使用常规型电机转子位置传感器，只能采用普通变频器的V-F控制方式或类似于步进电机的控制方式驱动电机运行。这两种控制方式虽然能使电机运行并正常工作，但其所带来的不利影响也是巨大的。主要表现在：1、电机空载电流增大，功率因数严重降低，电机无功损耗占到总功率的大部分；2、无论负载大小，电机仅根据控制器所给定的电流值运行。当电机空载运行时视为电流仍为满载值(即给定值)，使得电机发热量急剧增加，效率直线下降；当电机运行过程中负载突然增大时，由于固定电流值所决定的电机推力无法随负载的增大而提高，因此使得电机将进入堵转状态，短时间内电机定子将会发热损坏；3、电机起动过程中由于电流是瞬间升高到设定值，此时负载状态不稳定，导致电机起动过程中产生很大的振动和冲击效应。上述对永磁潜油直线电机的控制方式，一方面效率损失极大，另一方面电机几乎没有任何过载能力，严重影响电机的正常使用和工作寿命。对永磁潜油直线电机的最佳控制方式是闭环控制方式，闭环控制是挖掘和提高永磁电机性能指标的必要前提条件。现有的闭环控制方式包括：基于硬件传感器的有感转子磁极位置闭环控制方式以及基于软件方法的无感闭环控制方式。但是，永磁潜油直线电机无法像普通旋转电机一样，在其动子上安装磁极位置传感器从而建立闭环系统，即无法直接从硬件上实现闭环控制。另外，由于永磁潜油直线电机与地面驱动系统之间存在上千米的铠装动力电缆，这种电缆由于未采用绞制结构，其分布参数对电机及控制系统所产生的影响都不能忽略不计。因此采用现在主流的永磁电机无感磁极位置检测方式也无法准确检测电机动子磁极位置，依靠普通无感控制技术也无法建立有效的闭环控制系统。针对相关技术中对永磁潜油直线电机的控制效果差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种永磁潜油直线电机的控制系统及方法，以解决对永磁潜油直线电机的控制效果差的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种永磁潜油直线电机的控制系统。根据本专利技术的永磁潜油直线电机的控制系统包括：电流检测单元，用于检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流；中央控制单元，用于根据电机视在电流和直流母线电流确定永磁潜油直线电机运行时的电机功率因数；以及电机控制单元，用于根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制。进一步地，电机功率因数为直流母线电流和电机视在电流的比值。进一步地，电机控制单元用于通过以下方式对永磁潜油直线电机的运行进行控制：判断电机功率因数是否处在预设阈值范围内；以及在判断出电机功率因数未处在预设阈值范围内时，对电机视在电流或直流母线电流进行调节，以使电机功率因数处于预设阈值范围内。进一步地，电流检测单元包括电流采样电路，电流采样电路用于检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流或直流母线电流，电流检测单元还包括：滤波电路，用于对电机视在电流或直流母线电流进行平滑滤波处理；驱动能力扩展电路，用于对经过平滑滤波处理后的电机视在电流或经过平滑滤波处理后的直流母线电流进行信号稳定性的增强处理；以及电流幅值抬高电路，用于对经过增强处理后的电机视在电流或经过增强处理后的直流母线电流的幅值进行整体抬高处理。进一步地，中央控制单元还用于根据电机视在电流确定永磁潜油直线电机的动子的运行速度，电机控制单元用于根据运行速度和功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制。为了实现上述目的，根据本专利技术的另一方面，提供了一种永磁潜油直线电机的控制方法。根据本专利技术的永磁潜油直线电机的控制方法包括：检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流；根据电机视在电流和直流母线电流确定永磁潜油直线电机运行时的电机功率因数；以及根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制。进一步地，电机功率因数为电机视在电流和直流母线电流的比值。进一步地，根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制包括：判断电机功率因数是否处在预设阈值范围内；以及如果判断出电机功率因数未处在预设阈值范围内，则对电机视在电流或直流母线电流进行调节，以使电机功率因数处于预设阈值范围内。进一步地，在检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流之后，该控制方法还包括：对电机视在电流或直流母线电流进行平滑滤波处理；对经过平滑滤波处理后的电机视在电流或经过平滑滤波处理后的直流母线电流进行信号稳定性的增强处理；以及对经过增强处理后的电机视在电流或经过增强处理后的直流母线电流的幅值进行整体抬高处理。进一步地，根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制之前，该控制方法还包括：根据电机视在电流确定永磁潜油直线电机的动子的运行速度，根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制包括：根据运行速度和功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制。根据本专利技术实施例，通过电流检测单元检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流；中央控制单元根据电机视在电流和直流母线电流确定永磁潜油直线电机运行时的电机功率因数；以及电机控制单元根据电机功率因数对永磁潜油直线电机的运行进行控制，解决了对永磁潜油直线电机的控制效果差的问题。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的永磁潜油直线电机的控制系统的示意图；图2是根据本专利技术实施例的永磁潜油直线电机的电流检测单元的第一电路原理图；图3是根据本专利技术实施例的永磁潜油直线电机的电流检测单元的第二电路原理图；图4是根据本专利技术实施例的永磁潜油直线电机的控制系统的中央控制单元的电路原理图；图5是根据本专利技术实施例的永磁潜油直线电机的控制系统的结构示意图；以及图6是根据本专利技术实施例的永磁潜油直线电机的控制方法的流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。根据本专利技术的实施例，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁潜油直线电机的控制系统，其特征在于，包括：电流检测单元，用于检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流；中央控制单元，用于根据所述电机视在电流和所述直流母线电流确定所述永磁潜油直线电机运行时的电机功率因数；以及电机控制单元，用于根据所述电机功率因数对所述永磁潜油直线电机的运行进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种永磁潜油直线电机的控制系统，其特征在于，包括：电流检测单元，用于检测永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流和直流母线电流；中央控制单元，用于根据所述电机视在电流和所述直流母线电流确定所述永磁潜油直线电机运行时的电机功率因数；以及电机控制单元，用于根据所述电机功率因数对所述永磁潜油直线电机的运行进行控制。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电机功率因数为所述直流母线电流和所述电机视在电流的比值。3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述电机控制单元用于通过以下方式对所述永磁潜油直线电机的运行进行控制：判断所述电机功率因数是否处在预设阈值范围内；以及在判断出所述电机功率因数未处在所述预设阈值范围内时，对所述电机视在电流或所述直流母线电流进行调节，以使所述电机功率因数处于所述预设阈值范围内。4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电流检测单元包括电流采样电路，所述电流采样电路用于检测所述永磁潜油直线电机运行时的电机视在电流或直流母线电流，所述电流检测单元还包括：滤波电路，用于对所述电机视在电流或所述直流母线电流进行平滑滤波处理；驱动能力扩展电路，用于对经过平滑滤波处理后的电机视在电流或经过平滑滤波处理后的直流母线电流进行信号稳定性的增强处理；以及电流幅值抬高电路，用于对经过增强处理后的电机视在电流或经过增强处理后的直流母线电流的幅值进行整体抬高处理。5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述中央控制单元还用于根据所述电机视在电流确定所述永磁潜油直线电机的动子的运行速度，所述电机控制单元用于根据所述运行速度和所述功率因数对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林，王凤山，吴宁，单红宇，张凤武，蒋召平，张敏，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11