[发明专利]一种井下无刷直流电机驱动控制器

说明书

技术领域

本发明涉及井下无刷直流电机驱动控制领域，具体涉及一种用于石油钻井设备井下液压臂无刷直流电机的无位置传感器驱动方式的液压闭环智能驱动控制电路。

背景技术

井下石油设备工作环境恶劣，布局空间狭小，可靠性要求高，一旦发生故障必须能够快速维修或更换。但目前国内的相关产品均是基于霍尔位置传感器或旋变位置传感器，通过检测转子位置信息完成电子换相，实现无刷直流电机驱动控制的。位置传感器的使用不但提高了无刷直流电机的制造和维护成本，增大了电机尺寸，不利于小尺寸井下设备的研发，也使得相关产品的应用受限于位置传感器的环境适应性，且驱动控制器产品与位置传感器的相对关系固定，维修时需要根据位置传感器信息进行重新配对使用，使产品的快速更换性变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于井下液压臂无刷直流电机的液压闭环智能驱动控制器，该驱动控制电路采用了无位置传感器电机控制方式，不需要安装机械式位置传感器检测电机转子位置信号来实现电子换相，而只需通过检测驱动电路中的工作电压、工作电流等物理量来实时计算无刷直流电机的电子换相点，避免了位置传感器在井下设备应用中的种种弊端。

实现本发明目的的技术方案：一种用于井下液压臂无刷直流电机的液压闭环智能驱动控制器，其中，包括电源电路、驱动电路、通讯电路、压力采集电路和主控单元，驱动电路接收主控单元的控制信号，压力采集电路将压力信号传送至主控单元，通讯电路将压力设定值传送至主控单元，电源电路与上述各单元电连接进行供电。

驱动控制器还包括保护电路，电源电路为保护电路提供能源，驱动电路将工作电流和工作电压信号传送至保护电路，保护电路将保护信号传送至主控单元。

所述的驱动电路接收主控单元的PWM控制信号，经过自举电路信号放大后驱动逆变电路工作；压力采集电路将液压臂内压力传感器信号变换为数字信号，发送给主控单元，主控单元将压力信号与通讯电路接收的压力设定值进行闭环运算，输出PWM到驱动电路控制无刷直流电机旋转。

所述的保护电路监测驱动电路电流、电压，由保护电路判断驱动电路的工作状态，一旦出现异常，保护电路输出保护信号给主控单元，主控单元短时间关闭PWM输出以保护驱动电路。

所述的电源电路接收24～48V宽范围直流电源，变换成驱动控制器自身所需的+5V、+3.3V、+1.8V电源，和压力传感器所需的±15V电源。

所述的主控单元采集驱动电路工作电压、工作电流，根据电子换相算法，通过主控单元的高速数据处理功能实时计算出无刷直流电机电子换相点，并实现无刷直流电机的驱动控制。

所述的通讯电路用于驱动控制器与外部设备的数字总线通信功能，接收外部压力指令值，返回驱动控制器工作状态。

所述的控制芯片为高性能数字信号处理器DSP，所述的通讯电路为CAN总线收发器。

本发明的有益技术效果：本发明的驱动控制器不使用机械式位置传感器检测电机转子位置信息，具有以下三大优点：首先，降低无刷直流电机制造成本，减小电机本体尺寸，是小口径井下设备研发的重要技术保障；其次，无刷直流电机本体可以在较恶劣的环境下可靠工作，而且驱动控制器与电机之间连接线缆简洁，整体可靠性高；再次，驱动控制器对电机之间匹配性好，可以快速更换，维修性好。同时驱动控制器产品自带压力闭环和数字总线通讯，以及异常停机监测，一旦发现电机异常停止，可以在2s内驱动电机重新旋转。以上特点使得驱动控制器产品可以作为独立的智能单机实现无刷直流电机高可靠驱动控制。

附图说明

图1为本发明所提的一种井下无刷直流电机无位置驱动控制器的系统示意图；

图2为本发明所提的一种井下无刷直流电机无位置驱动控制器的结构示意图。

图中：1.电源电路，2.驱动电路，3.通讯电路，4.压力采集电路，5.保护电路，6.主控单元，7.微型DC/DCI，8.微型DC/DCII，9.信号调理电路，10.自举驱动，11.三相逆变，12.电流检测，13.电压检测，14.保护逻辑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。