專利名稱：一種機電一體化鉆機電拖動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種機電一體化鉆機電拖動裝置，它不僅用于各種電動、鉆機，而且也可以用于電力機車、軋鋼機等的電拖動裝置，特別適用于多電機聯(lián)合拖動裝置。
用電動機作為鉆機的動力源是現(xiàn)在正在發(fā)展的一項新技術(shù)。采用電動機作為鉆機的動力源，使得鉆機的機械性能有了很大的改善，降低了能耗。因此，近年來國內(nèi)外都在考慮將現(xiàn)有的機械驅(qū)動鉆機更換為電驅(qū)動鉆機。但是，用電動機做鉆機的動力源，由于鉆機有多種運動(如鉆桿的旋轉(zhuǎn)、提升等)，一般要由多臺電動機來聯(lián)合驅(qū)動，而電機的工況變化很大，不僅力矩變化大，而且速度變化也大，各電機間還要保持一定的協(xié)調(diào)關(guān)系?，F(xiàn)有的電驅(qū)動鉆機的動力源多是采用直流電機，通過直流電機的良好驅(qū)動特性來滿足可控工況的要求。對于每個直流電機用一套復(fù)雜的控制柜進行控制。一般的說，鉆機的功率要求較大，因此相對應(yīng)的電機功率也較大?？刂乒褚獙崿F(xiàn)對電機的輸入功率進行控制，必須有大功率器件在裝置于內(nèi)部，同時還要求有控制調(diào)節(jié)電路。由于控制調(diào)節(jié)電路與大功率器件裝在一起，動力電纜要進出控制柜，這就使得一方面控制柜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高，另一方面，控制柜不適應(yīng)于野外露天工作，必須放置于動力控制室中。由于鉆機都是在野外工作，電機也＊鉆機放于野外，使得控制室與電機間必須有強電電纜的進出，對控制室結(jié)構(gòu)設(shè)計需有很高的要求。在鉆機搬家時，對控制室與電機之間的許多連線進行拆裝是很困難的。由于每個電機都使用自己的控制柜進行控制，它們之間的協(xié)調(diào)只有用人工來進行，協(xié)調(diào)技術(shù)要求高。因人的反應(yīng)能力有限，使得協(xié)調(diào)控制策咯不能最優(yōu)，降低了整體的機械性能。現(xiàn)在控制方法還依靠人工進行控制，沒有滿足機電一體化的要求，實現(xiàn)操作的智能化。
本實用新型的目的是設(shè)計一種機電一體化的電動鉆機動力裝置，它不僅是一種電力拖動裝置，具有直流電機拖動所具有的良好機械性能和節(jié)能效果，同時，可取消直流電機所需要的復(fù)雜控制柜和動力控制室，具有結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便以及能自動協(xié)調(diào)各電機間關(guān)系的優(yōu)良性能。
本實用新型的組成如附

圖1所示，它有電動機組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動機組(1)近旁的標準工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對整個電動機組進行控制的中央控制計算機(4)，中央控制計算機(4)與標準工業(yè)控制介面(3)之間通過串行通訊接口相連，電動機組(1)為多個隨機同軸換向電動機，每一控制適配模塊(5)控制一臺電動機。
本實用新型可采用隨機同軸換向電動機作為拖動電機。它的結(jié)構(gòu)如附圖1中所示，它由稀土永磁轉(zhuǎn)子(6)、普通電機定子(7)、無機械接觸同步換向控制器(8)以及電源變換器(9)組成。用永磁體做轉(zhuǎn)子，而且無機械接觸的同步換向控制器(8)同步控制通向定子線圈的電流換向，達到定子根據(jù)轉(zhuǎn)子位置改變磁場方向使轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)的目的。它具有直流電機的全部驅(qū)動特性，因此可用做鉆機等設(shè)備中，使之滿足鉆機所要求的起動與變工況的要求。同時，由于該電機的電源換變換器(9)是與電機裝于一處的，它對電源變換器(9)的控制是通過標準工業(yè)控制介面(3)中插有的控制適配模塊(5)用弱電控制線進行控制。不僅控制適配模塊(5)的輸出線為弱電信號控制線，而且標準工業(yè)控制介面(RTU)(3)也是就近放置于電機組(1)旁，RTU(3)與中央控制計算機(4)也只通過一根串行通訊電纜相連。因此，它不象使用普通直流電機那樣需要把電機輸入強電電纜引入控制室，大大簡化了控制室的結(jié)構(gòu)。因在控制室中只剩下了中央控制計算機(4)，它與RTU只通過一根串行電纜相連，折裝十分方便。強電電纜直拉接到電機上，降低了控制室的設(shè)計要求，省去了電力控制柜。本實用新型中，插入RTU(3)中的控制適配模塊(5)可通過對電機組(1)的關(guān)斷線進行控制(它根據(jù)中央控制計算機(4)通過RTU(3)傳來的命令控制輸出線的高低電位所占時間比例)，達到控制電機輸入能量的目的，從而實現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)電機的工作點，以滿足對電機工況進行控制的要求。多臺電機可通過在RTU(3)中插入多個控制適配模塊(5)進行控制，由一臺中央控制計算機(4)統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制?？刂撇呗砸汛嫒胗嬎銠C中，通過軟件的方法來實現(xiàn)。中央控制計算機(4)為整個系統(tǒng)所共有，電機組的控制只占用它的一部分處理能力。中央控制計算機(4)還有鉆機各種物理量的檢測裝置。由于中央處理機容納了整套鉆井裝置全部的信息并使之協(xié)調(diào)統(tǒng)一，計算機的處理速度很高，它可以使控制得到優(yōu)化，提高了整體的機械性能，降低了協(xié)調(diào)失敗而停機的概率，也大大加快了過去由人工進行協(xié)調(diào)時的過渡時間，提高了系統(tǒng)效率，節(jié)約了能量。
本實用新型中的電機組(1)也可以采用普通直流電動機，在電動機的旁邊接有如申請?zhí)枮镃N981040235.0的名為《一種大功率數(shù)控調(diào)壓與變流裝置》的專利申請的大功率數(shù)控調(diào)壓裝置(10)。插入RTU(3)的控制適配模塊(5)對其進行控制，如附圖2所示。在中央控制計算機(4)的指揮下控制適配模塊(5)按中央控制計算機要求的電機輸入電壓值發(fā)出相應(yīng)的脈寬比脈沖串，通過大功率數(shù)控調(diào)壓裝置(10)調(diào)節(jié)其平均輸出電壓，達到控制電機工況的目的。
本實用新型中的電機組(1)也可以采用可調(diào)勵磁直流電機。通過在直流勵磁供電端加接上述的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)，并在RTU中插入一塊對其控制的控制適配模塊(5)，如附圖3所示。與普通直流電機使用數(shù)控調(diào)節(jié)裝置(10)一樣，通過中央控制計算機發(fā)出指令，控制適配模塊(5)產(chǎn)生所對應(yīng)的脈寬比不同脈沖，控制數(shù)控調(diào)壓裝置的平均輸出電壓，達到調(diào)整勵磁大小，從而調(diào)整電動機工況的目的。
上述兩種結(jié)構(gòu)的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)與RTU都裝置于電機近旁，它可使動力電纜直接接于電機處，省去了動力控制柜。而中央控制計算機與RTU之間通過串行通訊電纜相連接，同樣能大大簡化其安裝。使用中央控制計算機用軟件的方法來控制，電機間的協(xié)調(diào)問題得到了很好解決，不僅如此，它體現(xiàn)了機電一體化的設(shè)計思想。在系統(tǒng)中，可以加入適當?shù)妮o助測量參數(shù)，通過監(jiān)測系統(tǒng)各點的狀態(tài)(如電機轉(zhuǎn)速、功率、溫升等)以提高控制質(zhì)量，保證系統(tǒng)的優(yōu)化運行。
本實用新型不僅可做鉆機的電拖動裝置，也可作為如象軋鋼機等軋機以及電力機車等的電拖動裝置。在軋機中，軋輥的驅(qū)動要求有很大的變工況能力，它在有料無料時、料的尺寸不同時，所要求的功率是不一樣的，而且在多軋輥軋機中，驅(qū)動各軋輥的電機轉(zhuǎn)速要協(xié)調(diào)。過去通過手工控制，控制機構(gòu)相當復(fù)雜昂貴，而采用本實用新型作為該軋機的電拖動裝置時，可以很解決變工況問題和協(xié)調(diào)問題。
本實用新型中，中央控制計算機、RTU、和各控制適配模塊都是標準的，無需做特別改動，它也可以用現(xiàn)有設(shè)備進行改造。由于電機群的控制由中央控制進行控制，協(xié)調(diào)能力很強，因此它特別適合于在多電機聯(lián)合拖動的場合，如象軋機、電力機車等。中央控制計算機是整個機電一體化系統(tǒng)所有的，它對各個分系統(tǒng)進行集中監(jiān)測與控制，其性能視所控對象的時間分辯率(對調(diào)整變化的響應(yīng)時間)而定，一般用16位微機即可。在要求響應(yīng)時間短的系統(tǒng)，也可以用32位微機。在本實用新型中使用的數(shù)控調(diào)壓裝置可以是用大功率電力電子器件制造，如用達林頓管，可關(guān)斷可控硅和VMOS等。由于現(xiàn)在電力電子器件的發(fā)展，達林頓管、可關(guān)斷可控制硅等現(xiàn)在都已有上1000千瓦的控制能量的器件出售，特別使用申請?zhí)枮镃N89104235.0的數(shù)控調(diào)裝置，它可以通過增加VMOS管的并聯(lián)數(shù)目大提高調(diào)壓與變流裝置的控制功率。
本實用新型中的電源裝置(2)可為直流系統(tǒng)，整個電動機組共用一個電源，也可以是使用電網(wǎng)供給的交流電，經(jīng)整流后提供給各電動機，其整流組件的結(jié)構(gòu)可以如申請?zhí)枮镃N89104964。專利申請中的結(jié)構(gòu)，整流裝置作為一個組件裝于電力變壓器旁。
權(quán)利要求1.一種機電一體化鉆機電拖動裝置，它有電動機組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動機組(1)近旁的標準工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對整個電動機組(1)進行控制的中央控制計算機(4)，中央控制計算機(4)與標準工業(yè)控制介面(3)之間通過串行通訊接口相連，電動機組(1)為多臺隨機同軸換向電動機，每一控制適配模塊(5)控制一臺電動機。
2.一種機電一體化鉆機電拖動裝置，它有電動機組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動機組(1)近旁的標準工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對整個電動機組(1)進行控制的中央控制計算機(4)，中央控制計算機(4)與標準工業(yè)控制介面(3)之間通過串行通訊接口相連，電動機組(1)為多臺普通直流電動機，在每臺普通直流電動機的輸入端接有數(shù)控調(diào)壓裝置(10)，每一控制適配模塊(5)通過控制每一臺電機所加接有的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)對電機進行控制。
3.一種機電一體化鉆機電拖動裝置，它有電動機組(1)，電源裝置(2)，其特征在于有放置于被控電動機組(1)近旁的標準工業(yè)控制介面(3)以及插于其內(nèi)的控制適配模塊(5)，在控制系統(tǒng)中，有包括對整個電動機組(1)進行控制的中央控制計算機(4)，中央控制計算機(4)與標準工業(yè)控制介面(3)之間通過串行通訊接口相連，電動機組(1)為多臺可調(diào)勵磁直流電動機，在每臺電動機的勵磁輸入端接有數(shù)控調(diào)壓裝置(10)，每一控制適配模塊(5)通過控制每一臺電動機勵磁輸入端所接有的數(shù)控調(diào)壓裝置(10)對電機進行控制。
專利摘要一種機電一體化鉆機電拖動裝置。它不僅用于各種電動鉆機，而且也可用于電力機車、軋機等用多臺電機進行協(xié)調(diào)工作的電拖動裝置。本裝置由電動機組、電源裝置、RTU、控制適配模塊和整個機電一體化所共有的中央計算機組成。電動機可采用隨機同軸換向電動機，也可是普通直流電動機加數(shù)控調(diào)壓裝置，還可以是可調(diào)勵磁直流電動機加數(shù)控調(diào)壓裝置。本裝置有直流拖動的所有優(yōu)良特性，并且控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，協(xié)調(diào)性好。
文檔編號H02P7/00GK2053403SQ8921685
公開日1990年2月21日 申請日期1989年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月22日
發(fā)明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城新開通試驗廠