[实用新型]一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于油田抽油机电气传动及控制设备，特别是涉及一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置。

背景技术

目前，在石油开采过程中，抽油机的动力主要采用以下两种方案：一是交流异步电动机，电机工作效率低，在控制方法上，没有采用机井出油流量-冲次闭环控制，电机的工作状况与机井流量无关，长期全速运行能量损耗大；二是采用单片机作为控制器对抽油机用开关磁电机进行控制，但控制精度和效率低，无法精确实时检测抽油机工况和机井流量的实际工况，直接影响经济效益和设备寿命。

发明内容

针对以上不足，本实用新型的目的是提供一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置，该装置采用DSP控制器，可以使控制对象-开关磁阻电机的工况实时随抽油机流量的变化而变化，及时调节转速，改变抽油机的冲次，使抽油机控制系统更加精准，更加高效节能，功能更加强大，可靠性更高。

实现本实用新型目的采用的技术方案是：

一种抽油机用高效开关磁阻电机控制装置包括：

一DSP控制器，用以存储抽油机转矩曲线数据和相关计算，采集流量、电压电流和转速信息，产生控制开关磁阻电机电压、电流、转速、转矩以及开通角θ_on和关断角θ_off的驱动信号；

一与DSP控制器电连接的FPGA逻辑信号处理器，用以对控制信号、故障信号和通讯信号进行逻辑处理，同时对相关信号进行数字信号滤波；

一与FPGA逻辑信号处理器电连接的MCU控制显示面板，用以对整机进行面板控制以及与DSP控制器进行相关的数据交互，同时将整个设备的关键数据显示在显示屏上；

一与DSP控制器电连接的采样电路，用以采集功率变换电路和开关磁阻电机的电压、电流、温度信号，以及通过流量检测器检测到的抽油机的流量信号；

一流量检测器，安装在抽油机进油管上并与采样电路电连接，用以检测抽油机井石油流量；

一与FPGA逻辑信号处理器电连接的逻辑变换电路，将从采样电路和驱动电路传来的信号进行逻辑处理，变成FPGA逻辑信号处理器能够识别的数字信号，用于对整个系统运行的故障和状态采集；

一与FPGA逻辑信号处理器电连接的驱动器，用以将从DSP控制器输出经过FPGA逻辑信号处理器处理的PWM脉冲变成满足功率器件驱动要求的脉冲；

一与驱动器电连接的功率变换电路，用以将驱动器的脉冲进行功率放大，以便驱动开关磁阻电机；

一与功率变换电路电连接的开关磁阻电机，用以将电能转换为机械能；

一抽油机：在开关磁阻电机拖动下抽取井下石油；

旋转编码器：其输入端与开关磁阻电机电连接，输出端与编码信号处理电路电连接，用以产生位置脉冲，此脉冲作为控制开关磁阻电机时的开通角θ_on和关断角θ_off同步脉冲，同时通过脉冲信号检测开关磁阻电机的运行速度，从而对开关磁阻电机运行速度实现闭环控制；

一与旋转编码器电连接的编码信号处理电路，用以处理旋转编码器发出的编码信号，并将处理后的信号传递给FPGA逻辑信号处理器。

本实用新型还可以在上述技术方案的基础上，增加了外部数据交互电路，整个系统同外部设备进行数据传输通过外部数据交互电路实现，外部数据交互电路与MCU控制显示面板电连接，当MCU控制显示面板对整个系统的数据采集和统计完成之后，可以通过外部数据交互电路将数据传输到计算机或云端进行数据统合统计和处理，从而实现对整个油田所有设备的监控。

本实用新型的优点和积极效果在实际应用中充分体现在：

1.将抽油机流量、开关磁阻电机及控制装置视为一个完整系统，进行整体设计，参数调整，实现基于流量——冲次的闭环控制，达到系统工况随机井流量变化而变化，提高抽油机工作效率，节约电能。

2.开关磁阻电机在全速下，通过对电压、电流、速度以及石油的流量的信号采集，计算出最优的电流、速度给定值以及最优开通角θ_on和关断角θ_off给定值，通过闭环控制获取最大平均转矩，提高开关磁阻电机的带负载能力，充分利用输入电能。