專利名稱：一種機電一體化電動鉆機供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種機電一體化電動鉆機供電裝置，它適用于做各種電動鉆機系統(tǒng)的供電裝置，屬于機電一體化產(chǎn)品。
現(xiàn)在的電動鉆機供電裝置多是由多臺柴油機分別帶動多臺交流發(fā)電機，用一個集中控制室進(jìn)行控制。各發(fā)電機輸出的電力先集中輸送到控制室并網(wǎng)，并網(wǎng)之后，由控制室分配到各個負(fù)載回路，在各個負(fù)載回路中轉(zhuǎn)換為直流以驅(qū)動各個負(fù)載(主要是直流電機)。在控制室中，各個發(fā)電機組和各個負(fù)載回路都有自己的控制柜，各控制柜分別對各自的控制部分進(jìn)行控制。另外，在控制室中，還有多臺發(fā)電機組的并網(wǎng)裝置。由于各組強電的電力電纜都要進(jìn)出控制室，使得控制室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電力電纜的排布相當(dāng)困維，而且電動鉆機多是在野外流動工作，在變換井位時，需要搬家移動，因此大量的電力電纜進(jìn)出控制室也使得供電裝置的搬動、拆裝相當(dāng)困難。同時，由于各電力電纜都要引入各控制柜，在控制柜中，既有用于監(jiān)測和控制的各種弱電器件，也有控制強電的器件，這使得控制柜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，而且強電會對弱電產(chǎn)生干擾，弱電器件也影響強電部分的絕緣性能，降低了控制柜的可靠性。整個裝置各發(fā)電機組都有各自的控制柜，柴油機也有自己的控制部分，控制室相當(dāng)龐大。此外，各部分之間的協(xié)調(diào)通過手工進(jìn)行，特別是在并網(wǎng)運行時，由于交流并網(wǎng)要求電壓、頻率和相位都保持一致，各發(fā)電機組的出力也要均衡，在并網(wǎng)過程中可調(diào)參數(shù)多(如柴油機的油門，發(fā)電機的勵磁大小等)，這不僅對控制人員的技術(shù)水平要求要，也使并網(wǎng)時間長。而且，由于鉆機在運行過程中時負(fù)載變化大，變化速度快，因此在運行過程中也要對各發(fā)電機組進(jìn)行頻率的調(diào)整，控制人員的工作強度大。由于單個的操作人員的反應(yīng)能力與知識水平有限，使供電裝置不可能運行在最佳狀態(tài)，降低了整體性能，減少發(fā)電機出力，效率降低。同時，如果控制操作稍有不慎或反應(yīng)不夠敏捷，就容易產(chǎn)生供電失敗停機，發(fā)生事故。
本實用新型的目的是發(fā)明一種機電一體化的電動鉆機供電裝置，它可由中央控制計算機進(jìn)行統(tǒng)一控制，控制室結(jié)構(gòu)簡單，搬運拆裝方便，效率高，大大減輕操作人員的勞動強度。
本實用新型如附

圖1所示，它有柴油機組(1)，發(fā)電機組(2)，其特征在于發(fā)電動組(2)中的發(fā)電機為稀土永磁發(fā)電機，在發(fā)電機輸出端接有電子整流器(3)，在發(fā)電機組(2)的近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)分別插有對每臺柴油機油門進(jìn)行控制的適配模塊(5)，有一為整個鉆機系統(tǒng)共用的中央控制計算機(6)，中央控制計算機(6)通過串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)相連。
本實用新型中，發(fā)電機可采用稀土永磁發(fā)電機，省去了復(fù)雜的勵磁調(diào)整。各發(fā)電機的輸出經(jīng)電子整流器(3)整流成直流后并聯(lián)。由于電子整流器(3)是就近放置發(fā)電機旁，甚至可以做在發(fā)電機輸出盒上，因此整個供電裝置的電力電纜可在發(fā)電機組處就地并聯(lián)輸出，勿需進(jìn)入控制室中，大大簡化了控制室結(jié)構(gòu)。本實用新型的控制部分采用由整個鉆機系統(tǒng)所共有的中央控制計算機(6)通過標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(RTU)(4)進(jìn)行控制，各個控制適配模塊都插在RTU(4)中，它們分別在中央控制計算機(6)的控制下進(jìn)行操作，控制各自的被控對象，控制策略與程序是預(yù)先裝入計算機的，而且計算機的處理速度快，可通過整個鉆機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元采集大量的信息，它不僅采集供電單元的數(shù)據(jù)，作為整個鉆機系統(tǒng)的中央控制計算機，它也采集如電拖動單元等其它部分的數(shù)據(jù)，以決策對各柴油機的油門進(jìn)行控制。由于計算機中存有的控制策略可以是一個專家系統(tǒng)，它集中了很多有經(jīng)驗的操作人員的智慧和經(jīng)驗，可以保證本實用新型運行在最佳狀態(tài)，控制精度高，協(xié)調(diào)能力強，基本不用人工干予，操作人員的勞動強度大大降低，提高了工作效率，同時也使供電系統(tǒng)的可靠性提高。由于發(fā)電機組為稀土永磁發(fā)電機，無需調(diào)節(jié)勵磁。在整流后用直流并網(wǎng)，并網(wǎng)時無頻率與相位的要求，只須通過控制柴油機的油門就能控制各發(fā)電機的出力，而且也容易使各發(fā)電機工作均衡。由于RTU(4)就近放置于柴油機組(1)近旁，RTU(4)與中央控制計計算機(6)之間只用一根串行通訊電纜相連，各發(fā)電機輸出的電力電纜在發(fā)電機組近旁相接并連輸出，避免了電力電纜進(jìn)出控制室，也省去了控制柜，使得整個控制室的機械結(jié)構(gòu)簡單，搬運時的拆裝非常方便，并可以降低成本。
本實用新型也可以如附圖2所示，它有柴油機組(1)，發(fā)電機組(2)，其特征在于發(fā)電機組(2)中的發(fā)電機是普通有勵磁交流發(fā)電機，在發(fā)電機勵磁輸入端接有數(shù)控調(diào)壓器(7)和勵磁電源(8)，在發(fā)電機輸出端接有電子整流器(3)，在發(fā)電機組(2)的近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)中分別插有對各臺柴油機油門進(jìn)行控制的適配模塊(5)和對每個數(shù)控制調(diào)壓器(7)進(jìn)行控制的數(shù)控適配模塊(9)，有一為整個鉆機系統(tǒng)共用的中央控制計算機(6)，中央控制計算機(6)通過串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)相連。
在本實用新型中，發(fā)電機也可采用普通有勵磁的交流發(fā)電機，勵磁電源(8)可以是同軸安裝的直流發(fā)電機或其它供電裝置。這種供電裝置與采用無勵磁的稀土永磁發(fā)電機的裝置在原理上基本一樣，只是發(fā)電機有勵磁后，加了用中央控制計算機(6)對勵磁大小進(jìn)行控制的數(shù)控調(diào)壓器(7)和數(shù)控適配模塊(9)。每一臺發(fā)電機有一套自己的數(shù)控調(diào)壓器(7)和數(shù)控適配模塊(9)。與控制柴油機油門一樣，中央控制計算機(6)通過RTU(4)發(fā)出指令，通過數(shù)控適配模塊(9)對數(shù)控調(diào)壓器(7)的輸出平均電壓進(jìn)行控制，控制發(fā)電機的勵磁大小，從而控制各發(fā)電機的出力。用這種形式同樣能獲得采用稀土永磁發(fā)電機的供電系統(tǒng)所具有的全部優(yōu)點，而增加對勵磁大小的控制，對控制部分可以說幾乎不增加什么負(fù)擔(dān)，這種方法特別適應(yīng)對現(xiàn)有的供電裝置進(jìn)行改造的情況。
本實用新型由于采用機電一體化技術(shù)，實現(xiàn)了電動鉆機供電裝置的機電一體化，對整個鉆機系統(tǒng)的機電一體化作出貢獻(xiàn)。由于發(fā)電機是在輸出后直接整流并網(wǎng)，無需把動力電纜引入控制室內(nèi)。同時，在控制室內(nèi)對整個鉆機系統(tǒng)進(jìn)行控制的中央控制計算機只須通過一根串行電纜與放置在被控設(shè)備近旁的RTU相連，大大減化了控制室結(jié)構(gòu)，使在鉆機搬運時的拆裝變得簡單容易。由于采用計算機對柴油發(fā)電機油門以及可能有的勵磁電流大小進(jìn)行控制，不但控制精度高，響應(yīng)快，而且大大加強了各發(fā)電機間的協(xié)調(diào)能力，可以實現(xiàn)自動化操作而基本不用人的干預(yù)。
本實用新型中的柴油機組(1)可以采用現(xiàn)在電動鉆機供電系統(tǒng)所用的柴油機組，只用在其供油管路上加一個電控流量閥，可由適配模塊(5)控制。適配模塊(5)是一個數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路，插入標(biāo)準(zhǔn)的RTU(4)中，當(dāng)計算機通過串行口傳入命令后，RTU(4)選通相應(yīng)的適配模塊并把數(shù)據(jù)傳入該模塊，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后對供油管路上的電控流量閥進(jìn)行控制。本實用新型中的電子整流器(3)可以是大功率可控硅構(gòu)成的橋式整流器，也可以是由大功率半導(dǎo)體二極管構(gòu)成的橋式整流器，這些固體整流器已被越來越廣泛的采用。
本實用新型的有勵磁發(fā)電機這種形式中可有的數(shù)控制調(diào)壓器(7)可以為如附圖3的形式，它由大功率VMOS管并聯(lián)組成，各VMOS管復(fù)合后組成一個開關(guān)模塊，由插入RTU中的數(shù)控適配模塊(9)進(jìn)行控制，數(shù)控適配模塊(9)根據(jù)中央控制計算機(6)送來的數(shù)發(fā)出不同脈寬比的重復(fù)脈沖，控制VMOS管組的關(guān)斷與導(dǎo)通。由于脈寬比不同，關(guān)斷與導(dǎo)通所占比例也不同，使得VMOS管的輸出平均電壓也不同，達(dá)到數(shù)控調(diào)壓的目的。由于VMOS管的輸出阻抗有正的溫度特性和正阻特性，多管并聯(lián)后能自動均流。VMOS管的輸入阻抗很高，控制功率很小，只用普通TTL電平就能驅(qū)動。本實用新型中可有的數(shù)控調(diào)壓器(7)也可以用可關(guān)斷可控硅構(gòu)成，同樣是通過控制其關(guān)斷與導(dǎo)通的時間比來達(dá)到調(diào)壓的目的。
權(quán)利要求1.一種機電一體化電動鉆機供電裝置，它有柴油機組(1)，發(fā)電機組(2)，其特征在于發(fā)電機組(2)中的發(fā)電機為稀土永磁發(fā)電機，在發(fā)電機輸出端接有電子整流器(3)，在發(fā)電機組(2)的近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)中分別插有對每臺柴油機油門進(jìn)行控制的適配模塊(5)，有一為整個鉆機系統(tǒng)共用的中央控制計算機(6)，中央控制計算(6)通過串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制個面相連。
2.一種機電一體化電動鉆機供電裝置，它有柴油機組(1)，發(fā)電機組(2)中的發(fā)電機是普通有勵磁交流發(fā)電機，在發(fā)電機勵磁輸入端接有數(shù)控調(diào)壓器(7)和勵磁電源(8)，在發(fā)電機輸出端接有電子整流器(3)，在發(fā)電機組(2)的近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(4)中分別插有對各臺柴油門進(jìn)行控制的適配模塊(5)和對每個數(shù)控調(diào)壓器(7)進(jìn)行控制的數(shù)控適配模塊(9)，有一為整個鉆機系統(tǒng)共用的中央控制計算機(6)，中央控制計算機(6)通過串行通訊接口與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面相連。
專利摘要一種機電一體化電動鉆機供電裝置。它適用于各種電動鉆機系統(tǒng)，屬于機電一體化產(chǎn)品。本實用新型采用各發(fā)電機輸出整流后在發(fā)電機組處直接并網(wǎng)，在各發(fā)電機組近旁放置用串行接口與中央控制計算機相連的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(RYU)，在RTU中插有對各發(fā)電機組中的柴油機油門進(jìn)行控制的適配模塊和可有的對發(fā)電機勵磁進(jìn)行控制的適配模塊。電力電纜不用進(jìn)入控制室，使控制室結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，并可由中央控制計算機進(jìn)行自動控制。
文檔編號H02J3/38GK2053812SQ8921718
公開日1990年2月28日 申請日期1989年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月27日
發(fā)明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城新開通用試驗廠