本實用新型涉及電機驅(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，廣泛應用于各大油田。

但傳統(tǒng)的機械式的采油機卻存在著很多問題，例如，傳統(tǒng)螺桿泵采用機械傳動，采用普通的異步電動機通過皮帶和變速箱來帶動螺桿泵的轉(zhuǎn)動，螺桿泵的力矩無法控制，當井下發(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，甚至會造成電機損壞，事故頻發(fā)，機械損耗大，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)置式永磁力矩電機傳動系統(tǒng)取代機械傳動。

為達到上述目的，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、電機驅(qū)動模塊驅(qū)動電機工作，所述電機 輸出軸經(jīng)泵桿與所述螺桿泵連接，所述電機為內(nèi)置式永磁力矩電機，在所述電機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驅(qū)動模塊連接，用于對所述電機驅(qū)動模塊的輸出電壓電流進行控制，達到控制所述電機的轉(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，電機采用專用內(nèi)置式永磁力矩電機取代普通的異步電動機，利用該電機直接驅(qū)動泵桿，去掉了機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械損耗；并且控制器可以通過控制電機驅(qū)動模塊來改變電機力矩，實現(xiàn)電機平滑調(diào)速，并且對電機定子中性點的電壓進行過零點進行采集，可以推測出電機轉(zhuǎn)子當前的位置，這樣可以避免在電機上安裝檢測電機轉(zhuǎn)子的位置傳感器，避免了位置傳感器對電機運行、維護造成的不變，同時節(jié)約了電機運轉(zhuǎn)的成本。

進一步描述，為了將控制器的輸出信號轉(zhuǎn)化成標準統(tǒng)一的信號，在所述控制器與所述電機驅(qū)動模塊之間連接有隔離放大模塊。

進一步描述，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驅(qū)動模塊與電機之間。

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

再進一步描述，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的動作，保護電機。

再進一步描述，所述電機驅(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)對電機讀入電壓電流進行控制，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了繞組自感的變化情況，更加準確地檢測出內(nèi)置式永磁力矩電機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械事故，增加了采油時間，降低了工作人員的工作量；當?shù)叵露虝r發(fā)生沙堵，控制器能夠做到允許電機短時輸出高于額定扭矩的扭矩，當出現(xiàn)油井無油和螺桿泵輕載等情況時，控制器能夠識別；通過采集電機定子中性點電壓過零點，來實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子定位，避免了在電機中安裝位置傳感器，使電機運行更加可靠方便；該電機的控制系統(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、故障報警等保護功能。

附圖說明

圖1傳統(tǒng)機械式電機傳動在油井系統(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.電機驅(qū)動模塊，5.電機，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，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一步詳細說明。

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、電機驅(qū)動模塊4驅(qū)動電機5工作，電機5輸出軸經(jīng)泵桿101與螺桿泵2連接，電機5為內(nèi)置式無刷直流永磁力矩電機。從圖3可以看出，在電機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的輸出端與電機驅(qū)動模塊4連接，用于對電機驅(qū)動模塊4的輸出電壓電流進行控制，達到控制電機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驅(qū)動模塊4與電機5之間，用于采集電機5三相電壓和電機電流。

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與電機驅(qū)動模塊4之間，用于采集母線電壓。

電機驅(qū)動模塊4采用三相橋式逆變器，且采用H_PWM-L_PWM調(diào)制方式進行調(diào)節(jié)，電機工作于120°導通方式下，即每只開關(guān)管導通120°，每個時刻只有兩相繞組導通，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)，對電機電壓電流進行控制，從而控制電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；其中在電機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，采集電機電壓過零點信號，獲取電機轉(zhuǎn)相信號，確定電機轉(zhuǎn)子的位置，避免了在電機中安裝電機轉(zhuǎn)子位置傳感器，使電機運行、維護更加方便可靠，同時母線電壓采樣模塊10實時對整流模塊3輸出的母線電壓進行采集，當母線電壓過高時，控制器7控制電機驅(qū)動模塊4不輸出信號，實現(xiàn)對電機5進行過電壓保護，同時電壓電流采樣模塊9實時采集電機驅(qū)動模塊4輸出的電壓、電流，當電壓、電流過高時，控制器7作出相應的保護動作，使電機運行效率高，節(jié)能環(huán)保，有效防止泵桿斷裂等機械事故，增加了采油時間，降低了工作人員的工作量。