专利名称：一种机电一体化电动钻机供电装置的制作方法
技术领域：
一种机电一体化电动钻机供电装置，它适用于做各种电动钻机系统的供电装置，属于机电一体化产品。
现在的电动钻机供电装置多是由多台柴油机分别带动多台交流发电机，用一个集中控制室进行控制。各发电机输出的电力先集中输送到控制室并网，并网之后，由控制室分配到各个负载回路，在各个负载回路中转换为直流以驱动各个负载(主要是直流电机)。在控制室中，各个发电机组和各个负载回路都有自己的控制柜，各控制柜分别对各自的控制部分进行控制。另外，在控制室中，还有多台发电机组的并网装置。由于各组强电的电力电缆都要进出控制室，使得控制室结构复杂，电力电缆的排布相当困维，而且电动钻机多是在野外流动工作，在变换井位时，需要搬家移动，因此大量的电力电缆进出控制室也使得供电装置的搬动、拆装相当困难。同时，由于各电力电缆都要引入各控制柜，在控制柜中，既有用于监测和控制的各种弱电器件，也有控制强电的器件，这使得控制柜的结构复杂，体积庞大，而且强电会对弱电产生干扰，弱电器件也影响强电部分的绝缘性能，降低了控制柜的可靠性。整个装置各发电机组都有各自的控制柜，柴油机也有自己的控制部分，控制室相当庞大。此外，各部分之间的协调通过手工进行，特别是在并网运行时，由于交流并网要求电压、频率和相位都保持一致，各发电机组的出力也要均衡，在并网过程中可调参数多(如柴油机的油门，发电机的励磁大小等)，这不仅对控制人员的技术水平要求要，也使并网时间长。而且，由于钻机在运行过程中时负载变化大，变化速度快，因此在运行过程中也要对各发电机组进行频率的调整，控制人员的工作强度大。由于单个的操作人员的反应能力与知识水平有限，使供电装置不可能运行在最佳状态，降低了整体性能，减少发电机出力，效率降低。同时，如果控制操作稍有不慎或反应不够敏捷，就容易产生供电失败停机，发生事故。
本实用新型的目的是发明一种机电一体化的电动钻机供电装置，它可由中央控制计算机进行统一控制，控制室结构简单，搬运拆装方便，效率高，大大减轻操作人员的劳动强度。
本实用新型如附
图1所示，它有柴油机组(1)，发电机组(2)，其特征在于发电动组(2)中的发电机为稀土永磁发电机，在发电机输出端接有电子整流器(3)，在发电机组(2)的近旁有标准工业控制介面(4)，标准工业控制介面(4)分别插有对每台柴油机油门进行控制的适配模块(5)，有一为整个钻机系统共用的中央控制计算机(6)，中央控制计算机(6)通过串行通讯接口与标准工业控制介面(4)相连。
本实用新型中，发电机可采用稀土永磁发电机，省去了复杂的励磁调整。各发电机的输出经电子整流器(3)整流成直流后并联。由于电子整流器(3)是就近放置发电机旁，甚至可以做在发电机输出盒上，因此整个供电装置的电力电缆可在发电机组处就地并联输出，勿需进入控制室中，大大简化了控制室结构。本实用新型的控制部分采用由整个钻机系统所共有的中央控制计算机(6)通过标准工业控制介面(RTU)(4)进行控制，各个控制适配模块都插在RTU(4)中，它们分别在中央控制计算机(6)的控制下进行操作，控制各自的被控对象，控制策略与程序是预先装入计算机的，而且计算机的处理速度快，可通过整个钻机系统的数据采集单元采集大量的信息，它不仅采集供电单元的数据，作为整个钻机系统的中央控制计算机，它也采集如电拖动单元等其它部分的数据，以决策对各柴油机的油门进行控制。由于计算机中存有的控制策略可以是一个专家系统，它集中了很多有经验的操作人员的智慧和经验，可以保证本实用新型运行在最佳状态，控制精度高，协调能力强，基本不用人工干予，操作人员的劳动强度大大降低，提高了工作效率，同时也使供电系统的可靠性提高。由于发电机组为稀土永磁发电机，无需调节励磁。在整流后用直流并网，并网时无频率与相位的要求，只须通过控制柴油机的油门就能控制各发电机的出力，而且也容易使各发电机工作均衡。由于RTU(4)就近放置于柴油机组(1)近旁，RTU(4)与中央控制计计算机(6)之间只用一根串行通讯电缆相连，各发电机输出的电力电缆在发电机组近旁相接并连输出，避免了电力电缆进出控制室，也省去了控制柜，使得整个控制室的机械结构简单，搬运时的拆装非常方便，并可以降低成本。
本实用新型也可以如附图2所示，它有柴油机组(1)，发电机组(2)，其特征在于发电机组(2)中的发电机是普通有励磁交流发电机，在发电机励磁输入端接有数控调压器(7)和励磁电源(8)，在发电机输出端接有电子整流器(3)，在发电机组(2)的近旁有标准工业控制介面(4)，在标准工业控制介面(4)中分别插有对各台柴油机油门进行控制的适配模块(5)和对每个数控制调压器(7)进行控制的数控适配模块(9)，有一为整个钻机系统共用的中央控制计算机(6)，中央控制计算机(6)通过串行通讯接口与标准工业控制介面(4)相连。
在本实用新型中，发电机也可采用普通有励磁的交流发电机，励磁电源(8)可以是同轴安装的直流发电机或其它供电装置。这种供电装置与采用无励磁的稀土永磁发电机的装置在原理上基本一样，只是发电机有励磁后，加了用中央控制计算机(6)对励磁大小进行控制的数控调压器(7)和数控适配模块(9)。每一台发电机有一套自己的数控调压器(7)和数控适配模块(9)。与控制柴油机油门一样，中央控制计算机(6)通过RTU(4)发出指令，通过数控适配模块(9)对数控调压器(7)的输出平均电压进行控制，控制发电机的励磁大小，从而控制各发电机的出力。用这种形式同样能获得采用稀土永磁发电机的供电系统所具有的全部优点，而增加对励磁大小的控制，对控制部分可以说几乎不增加什么负担，这种方法特别适应对现有的供电装置进行改造的情况。
本实用新型由于采用机电一体化技术，实现了电动钻机供电装置的机电一体化，对整个钻机系统的机电一体化作出贡献。由于发电机是在输出后直接整流并网，无需把动力电缆引入控制室内。同时，在控制室内对整个钻机系统进行控制的中央控制计算机只须通过一根串行电缆与放置在被控设备近旁的RTU相连，大大减化了控制室结构，使在钻机搬运时的拆装变得简单容易。由于采用计算机对柴油发电机油门以及可能有的励磁电流大小进行控制，不但控制精度高，响应快，而且大大加强了各发电机间的协调能力，可以实现自动化操作而基本不用人的干预。
本实用新型中的柴油机组(1)可以采用现在电动钻机供电系统所用的柴油机组，只用在其供油管路上加一个电控流量阀，可由适配模块(5)控制。适配模块(5)是一个数／模转换电路，插入标准的RTU(4)中，当计算机通过串行口传入命令后，RTU(4)选通相应的适配模块并把数据传入该模块，经数模转换后对供油管路上的电控流量阀进行控制。本实用新型中的电子整流器(3)可以是大功率可控硅构成的桥式整流器，也可以是由大功率半导体二极管构成的桥式整流器，这些固体整流器已被越来越广泛的采用。
本实用新型的有励磁发电机这种形式中可有的数控制调压器(7)可以为如附图3的形式，它由大功率VMOS管并联组成，各VMOS管复合后组成一个开关模块，由插入RTU中的数控适配模块(9)进行控制，数控适配模块(9)根据中央控制计算机(6)送来的数发出不同脉宽比的重复脉冲，控制VMOS管组的关断与导通。由于脉宽比不同，关断与导通所占比例也不同，使得VMOS管的输出平均电压也不同，达到数控调压的目的。由于VMOS管的输出阻抗有正的温度特性和正阻特性，多管并联后能自动均流。VMOS管的输入阻抗很高，控制功率很小，只用普通TTL电平就能驱动。本实用新型中可有的数控调压器(7)也可以用可关断可控硅构成，同样是通过控制其关断与导通的时间比来达到调压的目的。
权利要求1.一种机电一体化电动钻机供电装置，它有柴油机组(1)，发电机组(2)，其特征在于发电机组(2)中的发电机为稀土永磁发电机，在发电机输出端接有电子整流器(3)，在发电机组(2)的近旁有标准工业控制介面(4)，在标准工业控制介面(4)中分别插有对每台柴油机油门进行控制的适配模块(5)，有一为整个钻机系统共用的中央控制计算机(6)，中央控制计算(6)通过串行通讯接口与标准工业控制个面相连。
2.一种机电一体化电动钻机供电装置，它有柴油机组(1)，发电机组(2)中的发电机是普通有励磁交流发电机，在发电机励磁输入端接有数控调压器(7)和励磁电源(8)，在发电机输出端接有电子整流器(3)，在发电机组(2)的近旁有标准工业控制介面(4)，在标准工业控制介面(4)中分别插有对各台柴油门进行控制的适配模块(5)和对每个数控调压器(7)进行控制的数控适配模块(9)，有一为整个钻机系统共用的中央控制计算机(6)，中央控制计算机(6)通过串行通讯接口与标准工业控制介面相连。
专利摘要一种机电一体化电动钻机供电装置。它适用于各种电动钻机系统，属于机电一体化产品。本实用新型采用各发电机输出整流后在发电机组处直接并网，在各发电机组近旁放置用串行接口与中央控制计算机相连的标准工业控制介面(RYU)，在RTU中插有对各发电机组中的柴油机油门进行控制的适配模块和可有的对发电机励磁进行控制的适配模块。电力电缆不用进入控制室，使控制室结构简单，拆装方便，并可由中央控制计算机进行自动控制。
文档编号H02J3/38GK2053812SQ8921718
公开日1990年2月28日 申请日期1989年9月27日 优先权日1989年9月27日
发明者石行, 尤装 申请人:北京市西城新开通用试验厂