专利名称：一种机电一体化钻机电拖动装置的制作方法
技术领域：
一种机电一体化钻机电拖动装置，它不仅用于各种电动、钻机，而且也可以用于电力机车、轧钢机等的电拖动装置，特别适用于多电机联合拖动装置。
用电动机作为钻机的动力源是现在正在发展的一项新技术。采用电动机作为钻机的动力源，使得钻机的机械性能有了很大的改善，降低了能耗。因此，近年来国内外都在考虑将现有的机械驱动钻机更换为电驱动钻机。但是，用电动机做钻机的动力源，由于钻机有多种运动(如钻杆的旋转、提升等)，一般要由多台电动机来联合驱动，而电机的工况变化很大，不仅力矩变化大，而且速度变化也大，各电机间还要保持一定的协调关系。现有的电驱动钻机的动力源多是采用直流电机，通过直流电机的良好驱动特性来满足可控工况的要求。对于每个直流电机用一套复杂的控制柜进行控制。一般的说，钻机的功率要求较大，因此相对应的电机功率也较大。控制柜要实现对电机的输入功率进行控制，必须有大功率器件在装置于内部，同时还要求有控制调节电路。由于控制调节电路与大功率器件装在一起，动力电缆要进出控制柜，这就使得一方面控制柜的结构复杂，可靠性不高，另一方面，控制柜不适应于野外露天工作，必须放置于动力控制室中。由于钻机都是在野外工作，电机也＊钻机放于野外，使得控制室与电机间必须有强电电缆的进出，对控制室结构设计需有很高的要求。在钻机搬家时，对控制室与电机之间的许多连线进行拆装是很困难的。由于每个电机都使用自己的控制柜进行控制，它们之间的协调只有用人工来进行，协调技术要求高。因人的反应能力有限，使得协调控制策咯不能最优，降低了整体的机械性能。现在控制方法还依靠人工进行控制，没有满足机电一体化的要求，实现操作的智能化。
本实用新型的目的是设计一种机电一体化的电动钻机动力装置，它不仅是一种电力拖动装置，具有直流电机拖动所具有的良好机械性能和节能效果，同时，可取消直流电机所需要的复杂控制柜和动力控制室，具有结构简单，拆装方便以及能自动协调各电机间关系的优良性能。
本实用新型的组成如附
图1所示，它有电动机组(1)，电源装置(2)，其特征在于有放置于被控电动机组(1)近旁的标准工业控制介面(3)以及插于其内的控制适配模块(5)，在控制系统中，有包括对整个电动机组进行控制的中央控制计算机(4)，中央控制计算机(4)与标准工业控制介面(3)之间通过串行通讯接口相连，电动机组(1)为多个随机同轴换向电动机，每一控制适配模块(5)控制一台电动机。
本实用新型可采用随机同轴换向电动机作为拖动电机。它的结构如附图1中所示，它由稀土永磁转子(6)、普通电机定子(7)、无机械接触同步换向控制器(8)以及电源变换器(9)组成。用永磁体做转子，而且无机械接触的同步换向控制器(8)同步控制通向定子线圈的电流换向，达到定子根据转子位置改变磁场方向使转子不断旋转的目的。它具有直流电机的全部驱动特性，因此可用做钻机等设备中，使之满足钻机所要求的起动与变工况的要求。同时，由于该电机的电源换变换器(9)是与电机装于一处的，它对电源变换器(9)的控制是通过标准工业控制介面(3)中插有的控制适配模块(5)用弱电控制线进行控制。不仅控制适配模块(5)的输出线为弱电信号控制线，而且标准工业控制介面(RTU)(3)也是就近放置于电机组(1)旁，RTU(3)与中央控制计算机(4)也只通过一根串行通讯电缆相连。因此，它不象使用普通直流电机那样需要把电机输入强电电缆引入控制室，大大简化了控制室的结构。因在控制室中只剩下了中央控制计算机(4)，它与RTU只通过一根串行电缆相连，折装十分方便。强电电缆直拉接到电机上，降低了控制室的设计要求，省去了电力控制柜。本实用新型中，插入RTU(3)中的控制适配模块(5)可通过对电机组(1)的关断线进行控制(它根据中央控制计算机(4)通过RTU(3)传来的命令控制输出线的高低电位所占时间比例)，达到控制电机输入能量的目的，从而实现数控调节电机的工作点，以满足对电机工况进行控制的要求。多台电机可通过在RTU(3)中插入多个控制适配模块(5)进行控制，由一台中央控制计算机(4)统一协调控制。控制策略已存入计算机中，通过软件的方法来实现。中央控制计算机(4)为整个系统所共有，电机组的控制只占用它的一部分处理能力。中央控制计算机(4)还有钻机各种物理量的检测装置。由于中央处理机容纳了整套钻井装置全部的信息并使之协调统一，计算机的处理速度很高，它可以使控制得到优化，提高了整体的机械性能，降低了协调失败而停机的概率，也大大加快了过去由人工进行协调时的过渡时间，提高了系统效率，节约了能量。
本实用新型中的电机组(1)也可以采用普通直流电动机，在电动机的旁边接有如申请号为CN981040235.0的名为《一种大功率数控调压与变流装置》的专利申请的大功率数控调压装置(10)。插入RTU(3)的控制适配模块(5)对其进行控制，如附图2所示。在中央控制计算机(4)的指挥下控制适配模块(5)按中央控制计算机要求的电机输入电压值发出相应的脉宽比脉冲串，通过大功率数控调压装置(10)调节其平均输出电压，达到控制电机工况的目的。
本实用新型中的电机组(1)也可以采用可调励磁直流电机。通过在直流励磁供电端加接上述的数控调压装置(10)，并在RTU中插入一块对其控制的控制适配模块(5)，如附图3所示。与普通直流电机使用数控调节装置(10)一样，通过中央控制计算机发出指令，控制适配模块(5)产生所对应的脉宽比不同脉冲，控制数控调压装置的平均输出电压，达到调整励磁大小，从而调整电动机工况的目的。
上述两种结构的数控调压装置(10)与RTU都装置于电机近旁，它可使动力电缆直接接于电机处，省去了动力控制柜。而中央控制计算机与RTU之间通过串行通讯电缆相连接，同样能大大简化其安装。使用中央控制计算机用软件的方法来控制，电机间的协调问题得到了很好解决，不仅如此，它体现了机电一体化的设计思想。在系统中，可以加入适当的辅助测量参数，通过监测系统各点的状态(如电机转速、功率、温升等)以提高控制质量，保证系统的优化运行。
本实用新型不仅可做钻机的电拖动装置，也可作为如象轧钢机等轧机以及电力机车等的电拖动装置。在轧机中，轧辊的驱动要求有很大的变工况能力，它在有料无料时、料的尺寸不同时，所要求的功率是不一样的，而且在多轧辊轧机中，驱动各轧辊的电机转速要协调。过去通过手工控制，控制机构相当复杂昂贵，而采用本实用新型作为该轧机的电拖动装置时，可以很解决变工况问题和协调问题。
本实用新型中，中央控制计算机、RTU、和各控制适配模块都是标准的，无需做特别改动，它也可以用现有设备进行改造。由于电机群的控制由中央控制进行控制，协调能力很强，因此它特别适合于在多电机联合拖动的场合，如象轧机、电力机车等。中央控制计算机是整个机电一体化系统所有的，它对各个分系统进行集中监测与控制，其性能视所控对象的时间分辩率(对调整变化的响应时间)而定，一般用16位微机即可。在要求响应时间短的系统，也可以用32位微机。在本实用新型中使用的数控调压装置可以是用大功率电力电子器件制造，如用达林顿管，可关断可控硅和VMOS等。由于现在电力电子器件的发展，达林顿管、可关断可控制硅等现在都已有上1000千瓦的控制能量的器件出售，特别使用申请号为CN89104235.0的数控调装置，它可以通过增加VMOS管的并联数目大提高调压与变流装置的控制功率。
本实用新型中的电源装置(2)可为直流系统，整个电动机组共用一个电源，也可以是使用电网供给的交流电，经整流后提供给各电动机，其整流组件的结构可以如申请号为CN89104964。专利申请中的结构，整流装置作为一个组件装于电力变压器旁。
权利要求1.一种机电一体化钻机电拖动装置，它有电动机组(1)，电源装置(2)，其特征在于有放置于被控电动机组(1)近旁的标准工业控制介面(3)以及插于其内的控制适配模块(5)，在控制系统中，有包括对整个电动机组(1)进行控制的中央控制计算机(4)，中央控制计算机(4)与标准工业控制介面(3)之间通过串行通讯接口相连，电动机组(1)为多台随机同轴换向电动机，每一控制适配模块(5)控制一台电动机。
2.一种机电一体化钻机电拖动装置，它有电动机组(1)，电源装置(2)，其特征在于有放置于被控电动机组(1)近旁的标准工业控制介面(3)以及插于其内的控制适配模块(5)，在控制系统中，有包括对整个电动机组(1)进行控制的中央控制计算机(4)，中央控制计算机(4)与标准工业控制介面(3)之间通过串行通讯接口相连，电动机组(1)为多台普通直流电动机，在每台普通直流电动机的输入端接有数控调压装置(10)，每一控制适配模块(5)通过控制每一台电机所加接有的数控调压装置(10)对电机进行控制。
3.一种机电一体化钻机电拖动装置，它有电动机组(1)，电源装置(2)，其特征在于有放置于被控电动机组(1)近旁的标准工业控制介面(3)以及插于其内的控制适配模块(5)，在控制系统中，有包括对整个电动机组(1)进行控制的中央控制计算机(4)，中央控制计算机(4)与标准工业控制介面(3)之间通过串行通讯接口相连，电动机组(1)为多台可调励磁直流电动机，在每台电动机的励磁输入端接有数控调压装置(10)，每一控制适配模块(5)通过控制每一台电动机励磁输入端所接有的数控调压装置(10)对电机进行控制。
专利摘要一种机电一体化钻机电拖动装置。它不仅用于各种电动钻机，而且也可用于电力机车、轧机等用多台电机进行协调工作的电拖动装置。本装置由电动机组、电源装置、RTU、控制适配模块和整个机电一体化所共有的中央计算机组成。电动机可采用随机同轴换向电动机，也可是普通直流电动机加数控调压装置，还可以是可调励磁直流电动机加数控调压装置。本装置有直流拖动的所有优良特性，并且控制系统结构简单，协调性好。
文档编号H02P7/00GK2053403SQ8921685
公开日1990年2月21日 申请日期1989年9月22日 优先权日1989年9月22日
发明者石行, 尤装 申请人:北京市西城新开通试验厂