一种应用于机械钻机的水冷永磁电机控制系统的制作方法

本实用新型涉及石油钻井装备技术领域，尤其涉及一种应用于机械钻机的水冷永磁电机控制系统。

背景技术：

机械钻机通常采用多台柴油机通过链条箱或联动机并车后驱动钻井设备。近几年机械钻机网电改造得到快速发展，经历了由定频电机驱动、直流电机驱动到交流变频电机驱动等发展阶段，为降低石油钻井成本做出了巨大贡献。机械钻机网电系统通常采用单台大功率电机替代原有柴油机为链条箱或联动机提供动力，电机单独成撬，电控系统放置于电控房内，进行远距离控制，操作监控不方便。

目前，常规机械钻机网电系统，采用直流电机或交流异步电机驱动方式，存在电机效率低、功率因数低的问题。由于常规机械钻机网电系统都采用单台大功率电机替代原有柴油机的方式，导致一旦电机或驱动器出现故障，造成钻机动力供应不足，影响生产。常规机械钻机网电系统采用风冷结构，导致设备体积大，控制装置必须安装在电控房内，设备装机成本高，且运输和安装不便。有鉴于现有的现有的机械钻机网电系统存在的问题，本发明人提供一种应用于机械钻机的水冷永磁电机控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种应用于机械钻机的水冷永磁电机控制系统，克服现有的机械钻机网电系统装机成本高，使用经济性差、稳定性差，设备体积大、安装运输不便的问题。

本实用新型采用的技术方案为：

一种应用于机械钻机的水冷永磁电机控制系统，包括中央控制器、温度控制系统、整流模块、公共直流母线、电机控制器组、电机监测模块、水冷永磁电机组和制动模块，中央控制器通过通讯总线分别连接到温度控制系统和电机控制器组，所述的温度控制系统包括温度控制器，温度控制器和整流模块的交流侧连接井场交流电网，整流模块的直流侧连接到公共直流母线上；所述的电机控制器组包括多个电机控制器，水冷永磁电机组包括多台并联的水冷永磁电机，每个电机控制器的受电端连接到公共直流母线上，一个电机控制器的信号输出端连接到一台水冷永磁电机的受控端，每个电机控制器对应一台水冷永磁电机；所述的电机监测模块包括温度传感器和旋转变压器，温度传感器和旋转变压器设于水冷永磁电机内部，且温度传感器和旋转变压器的信号输出端连接到电机控制器；所述的制动模块包括制动单元和制动电阻，制动单元的输入侧连接到公共直流母线上，制动单元的输出侧与制动电阻连接。

所述的整流模块包括依次连接的输入电抗器、快熔熔断器和整流桥。

本实用新型采用利用多台小功率水冷永磁电机并联输出的方式，取代原有柴油机作为系统动力源，使设备能够在全功率段具有更高的效率和功率因数。永磁电机和电机控制器一组独立控制，采用一对一的方式，驱动水冷永磁电机；同时，中央控制器控制电机控制器工作在主机模式或从机模式下，采用主从控制的方式，其中主机工作在速度环，从机工作在转矩环，保证多台水冷永磁电机能够输出相同的转速和扭矩，共同驱动负载。并且，任何一台电机控制器都可以工作在主机模式下，其他电机控制器工作在从机模式下，保证任何一台电机故障时，其他电机都可以正常工作，避免影响钻井生产。

进一步，整流模块采用水冷方式，取消常规机械钻机网电系统的电控房设计，减小设备体积，使设备安装运输更加简单方便。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括中央控制器9、温度控制系统、整流模块1、公共直流母线3、电机监测模块、电机控制器组、水冷永磁电机组和制动模块。

中央控制器9通过通讯总线分别连接到温度控制系统和电机控制器组，一方面接收温度控制系统和电机控制器4发送的温度信息和电机运转状态信息，一方面根据发送的信息进行相应的判断和控制。

所述的温度控制系统包括温度控制器2，温度控制器2和整流模块1的交流侧连接井场交流电网，整流模块1的直流侧连接到公共直流母线3上；所述的整流模块1包括依次连接的输入电抗器q、快熔熔断器fu和整流桥u。

所述的电机控制器组包括多个电机控制器4，水冷永磁电机组包括多台并联的水冷永磁电机5，每个电机控制器4的受电端连接到公共直流母线3上，一个电机控制器4的信号输出端连接到一台水冷永磁电机5的受控端，每个电机控制器4对应一台水冷永磁电机5；所述的电机监测模块6包括温度传感器和旋转变压器，温度传感器和旋转变压器设于水冷永磁电机内部，且温度传感器和旋转变压器的信号输出端连接到电机控制器；电机监测模块6相当于电机的反馈装置，旋转变压器用于速度反馈，精确控制电机转速；温度传感器用于检测电机温度，实时反馈给电机控制器4，最终反馈给中央控制器9，由中央控制器9将指令信号发送给温度控制器2，由温度控制器2做出动作，配合冷却管路系统，进行降温处理。

所述的制动模块包括制动单元7和制动电阻8，制动单元7的输入侧连接到公共直流母线3上，制动单元7的输出侧与制动电阻8连接。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

整流模块1中的整流桥u主要用于将网电整流成为直流电源，为电机控制器组提供直流电源。整流模块1内置快熔熔断器fu，用于在系统发生短路故障时保护设备安全；内置输入电抗器q，用于改善永磁电机控制器4的功率因数和抑制谐波电流。

温度控制系统配置硬件装置：水冷散热器和水冷循环装置，进行水冷散热控制。首先，多个温度传感器采集电机的温度，将采集的温度发送给电机控制器4，再由电机控制器4将信息发送给中央控制器9，由中央控制器9进行判定、分析，最终将决策信息发送个温度控制器2，由温度控制器2控制水冷散热器和水冷循环装置的运行，装置的启停，水冷流动的加速、减速等等。从而对电机进行有效的降温处理。减小噪音，提高效率。其中，温度控制器2可采用mtc-6020型温度控制器2。

公共直流母线3主要用于将整流模块1整流的直流电源提供给多台永磁电机控制器4。

中央控制器9主要用于控制装置各个元件协同工作。中央控制器9可通过通讯总线读取永磁电机控制器4的运行状态，如输出频率、输出电流、控制器温度、水冷永磁电机5温度等参数，也可以将发送指令控制永磁电机控制器4起停等。

电机控制器4采用ktz-54电机控制器4，包括功率单元、驱动单元、采样单元、通讯单元等。电机控制器4直流侧与公共直流母线3连接，交流侧与水冷永磁电机5连接，通讯单元通过通讯总线与中央控制器9连接。中央控制器9控制电机控制器4工作在主机模式或从机模式下，采用主从控制的方式，其中主机工作在速度环，从机工作在转矩环，保证多台水冷永磁电机5能够输出相同的转速和扭矩，共同驱动负载。并且，任何一台电机控制器4都可以工作在主机模式下，其他电机控制器4工作在从机模式下，保证任何一台电机故障时，其他电机都可以正常工作，避免影响钻井生产。电机控制器4主要用于驱动水冷永磁电机5运行，通过安装在水冷永磁电机5上的旋转变压器，精确控制电机转速，即通过变频调速的控制方式，控制电机转速；并且采用一对一的方式，驱动水冷永磁电机5。

同时，通过安装在水冷永磁电机5上的温度探头，检测电机温度，并发送给中央控制器9。

制动模块主要包括：ipc-dr-6ha-6型制动单元7和制动电阻8。制动单元7输入侧与公共直流母线3连接，输出侧与制动电阻8连接。制动单元7与制动电阻8配合，用于消耗电机减速时的回馈能量，避免公共直流母线3电压过高造成设备停机。

本实用新型采用水冷永磁电机5，永磁电机磁场由永磁体产生，因此可以减少异步电机或直流电机因励磁电流而产生的损耗；同时永磁电机具有更高的功率因数，因此相同功率输出时电流更小，热损耗也更小，因此相比交流异步电机和直流电机，永磁电机在全功率段具有更高的效率，能够降低设备的能耗，有效提升石油钻井的经济效益。水冷永磁电机5、电机控制器4功率更小、生产批量大，相比于单台大功率设备采购成本更低。

本实用新型的工作原理：整流模块1将网电整流成为直流电源，为电机控制器组提供直流电源。直流电源为电机控制器4提供电源。将多台水冷永磁电机5并联，可根据负载情况选择所投用的电机数量和组合，中央控制器9发送信号给相应的电机控制器4，当负载较小时，部分电机运转，部分空转，减少电机自身的损耗。同时也可以避免因单台大功率电机故障造成设备停机影响生产的现象。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。