螺杆泵用无刷直流电机控制系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型属于油田用螺杆泵的驱动系统，具体涉及一种螺杆泵用无刷直流电机控制系统。
【背景技术】
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[0002]随着油田工业的发展，油田抽油机的节能问题已经引起了人们的广泛关注，地面驱动螺杆泵采油系统是近些年来发展起来的新型机采方式，由于其具有工艺简单、装备投资费用低等优点，正在我国大部分油田中推广应用。但传统的螺杆泵是由异步电机通过减速机构来驱动的，存在系统转换效率低、大马拉小车和系统稳定性差等问题。
【发明内容】
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[0003]本实用新型为克服【背景技术】中的不足，提供了一种螺杆泵用无刷直流电机控制系统，通过无刷直流电机来驱动螺杆泵，具有系统转换效率高、过载能力强且运行可靠的特点。
[0004]本实用新型的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，包括微控制单元MCU和驱动电机，驱动电机通过检测模块反馈连接微控制单元MCU，采用的技术方案在于:所述的驱动电机为无刷直流电机BLDCM，所述的微控制单元MCU通过逆变器驱动连接无刷直流电机BLDCM,所述的检测模块包括电流检测模块和速度检测模块。
[0005]进一步的，所述的微控制单元MCU是一个具有PWM模块、A/D转换模块、捕获模块及串行通信接口 SCI的数字信号处理器。
[0006]进一步的，所述的微控制单元MCU中的PWM模块依次经过隔离电路和驱动电路连接逆变器。
[0007]进一步的，所述的无刷直流电机BLDCM通过电流检测模块与微控制单元MCU中的A/D转换模块反馈连接。
[0008]进一步的，所述的无刷直流电机BLDCM通过速度检测模块与微控制单元MCU中的捕获模块反馈连接。
[0009]进一步的，所述的电流检测模块采用霍尔电流传感器，霍尔电流传感器经滤波器连接微控制单元MCU中的A/D转换模块。
[0010]进一步的，所述的速度检测模块与无刷直流电机BLDCM内的霍尔位置传感器连接，霍尔位置传感器依次经光耦6N137、反相器74LS14连接微控制单元MCU中的捕获模块。
[0011]进一步的，所述的逆变器连接有整流电路。
[0012]进一步的，所述的整流电路采用三相桥式结构，其中整流桥输出端的干路接有熔断器。
[0013]进一步的，所述的微控制单元MCU的串行通信接口 SCI连接有仪表显示器。
[0014]本实用新型的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，分别通过速度检测模块和电流检测模块对无刷直流电机BLDCM的速度和电流进行检测，并分别将检测后的数字信号传递给微控制单元MCU，经微控制单元MCU计算后与给定转速值和给定转矩值进行比较，比较后，微控制单元MCU中的PWM模块发出信号，该信号依次经过隔离电路和驱动电路后传向逆变器，控制逆变器中的功率开关管的通断，进而实时地调节无刷直流电机BLDCM的转速，真正达到电机控制的稳定性，更好地驱动螺杆泵动作，实现节能高效的目的。且无刷直流电机可经减速器直接驱动螺杆泵抽油杆做旋转运动，无需传统的机械减速装置，省去了中间的传动装置，也省去了后续维护等问题，减少了成本，可实现无级调速，控制方便。
【附图说明】
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[0015]图1是本实用新型的结构原理图。
[0016]图2是本实用新型的控制策略框图。
[0017]图3是本实用新型的电流检测及过流保护电路图。
[0018]图4是本实用新型的速度检测电路图。
[0019]图5是本实用新型的功率开关管的驱动电路图。
【具体实施方式】
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[0020]本实施方式中的微控制单元MCU通过逆变器驱动连接无刷直流电机BLDCM,无刷直流电机BLDCM再分别通过电流检测模块和速度检测模块反馈连接微控制单元MCU。
[0021 ] 具体来说，参照图1和图2，微控制单元MCU是一个具有PWM模块、A/D转换模块、捕获模块及串行通信接口 SCI的数字信号处理器。微控制单元MCU的PWM模块输出六路PWM信号，先经隔离电路进行弱电隔离保护、再经过驱动电路来驱动逆变器的功率开关管的通断。参照图5，逆变器采用IGBT作为其主电路中的功率开关管，驱动电路选取日本富士公司的EXB841快速型IGBT驱动专用模块，模块采用高速光耦隔离，具有短路保护、过流保护能力，能够驱动IGBT，故需要六个配合使用。
[0022]参照图1、图2及图4，无刷直流电机BLDCM通过速度检测模块与微控制单元MCU中的捕获模块反馈连接，速度检测模块是通过无刷直流电机BLDCM内的霍尔位置传感器来获取的，将获取的三路霍尔位置信号经过光耦6N137隔离后，再经反相器74LS14整形，消除毛刺干扰，提高信号的抗干扰能力，最后经捕获模块接收并传送给微控制单元MCU，由微控制单元MCU计算出当前的转速，并与微控制单元MCU中的给定转速值进行比较，形成速度的闭环控制。
[0023]参照图1、图2及图3，无刷直流电机BLDCM通过电流检测模块与微控制单元MCU中的A/D转换模块反馈连接，电流检测模块采用的是霍尔电流传感器，通过霍尔电流传感器将检测到的电流值经RC滤波器滤波后，再经A/D转换模块转换成数字信号传送给微控制单元MCU，以作为电流反馈值，并经微控制单元MCU计算出当前的转矩后与给定转矩值进行比较，形成转矩的闭环控制。此外电流检测模块具有过流保护能力，一旦发生过流现象，比较器会输出低电平信号给微控制单元MCU，系统就会停止工作，实现过流保护。
[0024]参照图1，为给逆变器提供可靠的直流电，逆变器连接有整流电路，整流电路采用三相桥式结构，对三相交流电源进行整流，将电网的交流电转换为逆变器所用的直流电，并采用大电容滤波来消除直流电源的波纹，且电容具有缓冲过压的功能。其中整流桥输出端的干路接有熔断器，以避免因为过流而引起开路；继电器Jl和电阻R构成软启动状态，以避免启动时的大电流冲击。
[0025]参照图1，微控制单元MCU的串行通信接口 SCI连接有仪表显示器，显示出当前的电机转速、转矩、转向等信息以便于观察。
[0026]工作时，首先，根据螺杆泵驱动力的大小来确定微控制单元MCU中无刷直流电机BLDCM的给定转速值和给定转矩值，然后，速度检测模块检测到无刷直流电机BLDCM的转速，并转换成数字信号，经微控制单元MCU的捕获模块接收后与给定转速值进行比较；电流检测模块检测到无刷直流电机BLDCM的电流，并转换成数字信号，经A/D转换模块接收后传送给微控制单元MCU与给定转矩值进行比较，两项比较后，微控制单元MCU将输出六路PWM信号来驱动逆变器的功率开关管的通断，进而实时调控无刷直流电机BLCOM的运行，实现电机控制的稳定性，使电机更好地驱动螺杆泵的动作，达到节能高效的目的。
【主权项】
1.一种螺杆泵用无刷直流电机控制系统，包括微控制单元MCU和驱动电机，驱动电机通过检测模块反馈连接微控制单元MCU，其特征在于:所述的驱动电机为无刷直流电机BLDCM，所述的微控制单元MCU通过逆变器驱动连接无刷直流电机BLDCM，所述的检测模块包括电流检测模块和速度检测模块。
2.如权利要求1所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的微控制单元MCU是一个具有PWM模块、A/D转换模块、捕获模块及串行通信接口 SCI的数字信号处理器。
3.如权利要求2所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的微控制单元MCU中的PWM模块依次经过隔离电路和驱动电路连接逆变器。
4.如权利要求2所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的无刷直流电机BLDCM通过电流检测模块与微控制单元MCU中的A/D转换模块反馈连接。
5.如权利要求2所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的无刷直流电机BLDCM通过速度检测模块与微控制单元MCU中的捕获模块反馈连接。
6.如权利要求4所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的电流检测模块采用霍尔电流传感器，霍尔电流传感器经滤波器连接微控制单元MCU中的A/D转换丰旲块。
7.如权利要求5所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的速度检测模块与无刷直流电机BLDCM内的霍尔位置传感器连接，霍尔位置传感器依次经光耦6N137、反相器74LS14连接微控制单元MCU中的捕获模块。
8.如权利要求1所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的逆变器连接有整流电路。
9.如权利要求8所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:所述的整流电路采用三相桥式结构，其中整流桥输出端的干路接有熔断器。
10.如权利要求2-9的任意一项所述的螺杆泵用无刷直流电机控制系统，其特征在于:微控制单元MCU的串行通信接口 SCI连接有仪表显示器。
【专利摘要】本实用新型提供了一种螺杆泵用无刷直流电机控制系统，包括微控制单元MCU和驱动电机，驱动电机通过检测模块反馈连接微控制单元MCU，其技术要点是：所述的驱动电机为无刷直流电机BLDCM，所述的微控制单元MCU通过逆变器驱动连接无刷直流电机BLDCM,所述的检测模块包括电流检测模块和速度检测模块。本实用新型可实时地调节无刷直流电机BLDCM的转速，真正达到电机控制的稳定性，具有过载能力强、运行可靠且效率高的特点，可更好地驱动螺杆泵动作，实现节能高效的目的。
【IPC分类】H02P6-08, H02P6-06
【公开号】CN204442216
【申请号】CN201520189835
【发明人】吕德刚, 周德义, 孙宏达
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月1日