本實用新型涉及電機(jī)驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種采油螺桿泵驅(qū)動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在中國，螺桿泵作為一種體積小、一次性投資少、見效快的采油設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各大油田。

但傳統(tǒng)的機(jī)械式的采油機(jī)卻存在著很多問題，例如，傳統(tǒng)螺桿泵采用機(jī)械傳動，采用普通的異步電動機(jī)通過皮帶和變速箱來帶動螺桿泵的轉(zhuǎn)動，螺桿泵的力矩?zé)o法控制，當(dāng)井下發(fā)生異常或地面出口管線發(fā)生阻塞時，螺桿泵的速度卻無法控制，導(dǎo)致螺桿泵的轉(zhuǎn)動速度一直保持恒定，這樣一來就會造成螺桿泵泵桿扭斷，變速箱內(nèi)齒輪斷裂，甚至?xí)斐呻姍C(jī)損壞，事故頻發(fā)，機(jī)械損耗大，影響采油效率，且工作量大，如圖1所示。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提出一種效率高、節(jié)能環(huán)保、采油時間長、機(jī)械事故少的采油螺桿泵驅(qū)動控制系統(tǒng)，它使用內(nèi)置式永磁力矩電機(jī)傳動系統(tǒng)取代機(jī)械傳動。

為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的具體技術(shù)方案如下：

一種采油螺桿泵驅(qū)動控制系統(tǒng)，包括三相交流電源和螺桿泵，其關(guān)鍵在于：所述三相交流電源經(jīng)整流模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊驅(qū)動電機(jī)工作，所述電機(jī) 輸出軸經(jīng)泵桿與所述螺桿泵連接，所述電機(jī)為內(nèi)置式永磁力矩電機(jī)，在所述電機(jī)上連接有定子電壓零點采樣模塊，所述定子電壓零點采樣模塊與控制器的第一輸入端連接，所述控制器的輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動模塊連接，用于對所述電機(jī)驅(qū)動模塊的輸出電壓電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的目的；所述定子電壓零點采樣模塊包括由所述電機(jī)引出的定子中性點引出線，該定子中性點引出線依次經(jīng)第一電阻、第二電阻接地，所述第一電阻、第二電阻的公共端與所述控制器的第一輸入端連接。

通過上述設(shè)計，電機(jī)采用專用內(nèi)置式永磁力矩電機(jī)取代普通的異步電動機(jī)，利用該電機(jī)直接驅(qū)動泵桿，去掉了機(jī)械傳動部分的變速箱和皮帶傳動的部分，不但效率高，而且還極大地減少了機(jī)械損耗；并且控制器可以通過控制電機(jī)驅(qū)動模塊來改變電機(jī)力矩，實現(xiàn)電機(jī)平滑調(diào)速，并且對電機(jī)定子中性點的電壓進(jìn)行過零點進(jìn)行采集，可以推測出電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的位置，這樣可以避免在電機(jī)上安裝檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置傳感器，避免了位置傳感器對電機(jī)運行、維護(hù)造成的不變，同時節(jié)約了電機(jī)運轉(zhuǎn)的成本。

進(jìn)一步描述，為了將控制器的輸出信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的信號，在所述控制器與所述電機(jī)驅(qū)動模塊之間連接有隔離放大模塊。

進(jìn)一步描述，在所述控制器的第二輸入端上還連接有電壓電流采樣模塊，所述電壓電流采樣模塊的采樣端連接在所述電機(jī)驅(qū)動模塊與電機(jī)之間。

采用上述方案，通過采集電機(jī)驅(qū)動模塊的輸出電壓、電流，可以實時對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，防止電機(jī)輸入電流或者電壓過高而對電機(jī)造成損壞或者燒毀。

再進(jìn)一步描述，在所述控制器的第三輸入端上還連接有母線電壓采樣模塊，所述母線電壓采樣模塊的采樣端連接在所述整流模塊與所述電機(jī)驅(qū)動模 塊之間。

采用上述方案，母線電壓采樣模塊實時采集母線電壓，當(dāng)母線電壓過高或者過低時，控制器實時通過母線電壓采樣模塊采集的信號作出對應(yīng)的動作，保護(hù)電機(jī)。

再進(jìn)一步描述，所述電機(jī)驅(qū)動模塊采用三相橋式逆變器，且采用H_PWM-L_PWM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

采用上述方案，控制器控制三相橋式逆變器的功率開關(guān)，實現(xiàn)對電機(jī)讀入電壓電流進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的控制，采用H_PWM-L_PWM調(diào)制方式，中線點的電壓波動最大，從而可以有效地反應(yīng)了繞組自感的變化情況，更加準(zhǔn)確地檢測出內(nèi)置式永磁力矩電機(jī)中性點電壓的波動情況，從而推斷出與定子繞組電感的關(guān)系，從而判斷出轉(zhuǎn)子的位置。

優(yōu)選地，所述控制器控制芯片為STM32F103RCT6。

本實用新型的有益效果：采用內(nèi)置式永磁力矩電機(jī)直接驅(qū)動螺桿泵，效率高，節(jié)能環(huán)保，有效防止泵桿斷裂等機(jī)械事故，增加了采油時間，降低了工作人員的工作量；當(dāng)?shù)叵露虝r發(fā)生沙堵，控制器能夠做到允許電機(jī)短時輸出高于額定扭矩的扭矩，當(dāng)出現(xiàn)油井無油和螺桿泵輕載等情況時，控制器能夠識別；通過采集電機(jī)定子中性點電壓過零點，來實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)子定位，避免了在電機(jī)中安裝位置傳感器，使電機(jī)運行更加可靠方便；該電機(jī)的控制系統(tǒng)采用H_PWM-L_PWM調(diào)制方式，使系統(tǒng)具有無級調(diào)速、軟啟動、軟剎車、故障報警等保護(hù)功能。

附圖說明

圖1傳統(tǒng)機(jī)械式電機(jī)傳動在油井系統(tǒng)中的裝配示意圖；

圖2是內(nèi)置式永磁力矩電機(jī)及螺桿泵在油井系統(tǒng)中的裝配示意圖；

圖3是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖4是本實用新型的H_PWM-L_PWM調(diào)制方式原理圖。

圖中1.三相交流電源，2.螺桿泵，3.整流模塊，4.電機(jī)驅(qū)動模塊，5.電機(jī)，6.定子電壓零點采樣模塊，7.控制器，8.隔離放大模塊，9.電壓電流采樣模塊，10.母線電壓采樣模塊，101.泵桿，102.泵桿扶正器，103.油管，104.定子，105.轉(zhuǎn)子，106.限位板，107.錨定器，108.篩管，109.尾管，110.異步電動機(jī)，111.皮帶，112，變速箱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式以及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實時例：

從圖2可以看出，一種采油螺桿泵驅(qū)動控制系統(tǒng)，包括三相交流電源1和螺桿泵2，三相交流電源1經(jīng)整流模塊3、電機(jī)驅(qū)動模塊4驅(qū)動電機(jī)5工作，電機(jī)5輸出軸經(jīng)泵桿101與螺桿泵2連接，電機(jī)5為內(nèi)置式無刷直流永磁力矩電機(jī)。從圖3可以看出，在電機(jī)5上連接有定子電壓零點采樣模塊6，定子電壓零點采樣模塊6與控制器7的第一輸入端連接，控制器7的輸出端與電機(jī)驅(qū)動模塊4連接，用于對電機(jī)驅(qū)動模塊4的輸出電壓電流進(jìn)行控制，達(dá)到控制電機(jī)5的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的目的，定子電壓零點采樣模塊6包括由電機(jī)5引出的定子中性點引出線，該定子中性點引出線經(jīng)第一電阻、第二電阻接地，第一電阻、第二電阻的公共端與控制器7的第一輸入端連接。

從圖3還可以看出，在控制器7的第二輸入端上還連接有電壓電流采樣 模塊9，電壓電流采樣模塊9的采樣端連接在電機(jī)驅(qū)動模塊4與電機(jī)5之間，用于采集電機(jī)5三相電壓和電機(jī)電流。

從圖3還可以看出，在控制器7的第三輸入端上還連接有母線電壓采樣模塊10，母線電壓采樣模塊10的采樣端連接在整流模塊3與電機(jī)驅(qū)動模塊4之間，用于采集母線電壓。

電機(jī)驅(qū)動模塊4采用三相橋式逆變器，且采用H_PWM-L_PWM調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，電機(jī)工作于120°導(dǎo)通方式下，即每只開關(guān)管導(dǎo)通120°，每個時刻只有兩相繞組導(dǎo)通，另一相繞組浮空；每隔60°電角度就有一只開關(guān)管關(guān)斷，另一只開關(guān)管開通，具體見圖4。

作為一種優(yōu)選的實施方式，控制器7控制芯片為STM32F103RCT6。

本實用新型的工作原理：三相交流電源1經(jīng)整流模塊3整流后，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再經(jīng)電機(jī)驅(qū)動模塊4的三相橋式逆變器，通過控制器7控制三相橋式逆變器的功率開關(guān)，對電機(jī)電壓電流進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；其中在電機(jī)上還連接有功率定子電壓零點采樣模塊，經(jīng)定子電壓零點采樣模塊6，采集電機(jī)電壓過零點信號，獲取電機(jī)轉(zhuǎn)相信號，確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，避免了在電機(jī)中安裝電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器，使電機(jī)運行、維護(hù)更加方便可靠，同時母線電壓采樣模塊10實時對整流模塊3輸出的母線電壓進(jìn)行采集，當(dāng)母線電壓過高時，控制器7控制電機(jī)驅(qū)動模塊4不輸出信號，實現(xiàn)對電機(jī)5進(jìn)行過電壓保護(hù)，同時電壓電流采樣模塊9實時采集電機(jī)驅(qū)動模塊4輸出的電壓、電流，當(dāng)電壓、電流過高時，控制器7作出相應(yīng)的保護(hù)動作，使電機(jī)運行效率高，節(jié)能環(huán)保，有效防止泵桿斷裂等機(jī)械事故，增加了采油時間，降低了工作人員的工作量。