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用于驱动电动机的系统和电机式泥浆脉冲器的制造方法

文档序号:10771797
用于驱动电动机的系统和电机式泥浆脉冲器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于驱动电动机的系统和电机式泥浆脉冲器。其中,该系统包括:控制电路,用于根据输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,生成脉宽调制信号;逆变电路,与控制电路电连接,用于根据脉宽调制信号,将直流电源转换为交流电源;电动机,与逆变电路连接,用于在交流电源的带动下工作。本实用新型解决了现有技术中电磁铁式泥浆脉冲器驱动装置存在的功耗大的技术问题,不仅提高电池组的使用寿命,减少更换电池的次数,节约了成本,极大的提高了钻井效率,并且减少了大容量电容组,降低系统生产升本,减小系统体积,使系统设计更加紧凑。
【专利说明】
用于驱动电动机的系统和电机式泥浆脉冲器
技术领域
[0001]本实用新型涉及电动机控制领域,具体而言,涉及一种用于驱动电动机的系统和电机式泥浆脉冲器。
【背景技术】
[0002]MWD(无线随钻测量系统)是完成大角度和水平井钻井,实时进行井场数据采集、说明和现场决策的关键技术之一,泥浆脉冲器是无线随钻测量系统最重要的组成部分,主要通过钻井液的压力波传输信号。泥浆脉冲传输的基本原理是井下传感器测量到的信号经编码,由泥浆脉冲器的驱动装置驱动其上的锥阀、旋转阀或转子等工作,产生截流效应,从而产生泥浆压力脉冲,压力脉冲经钻杆柱中的泥浆传递到地面,地面立柱安装的压力传感器接收压力脉冲信号,经过滤波整形后,由地面的解码系统解码,从而可以获得井下传递上来的数据信号。
[0003]泥浆脉冲传输分为负脉冲、正脉冲和连续波三种传输方式,目前应用最广泛的是正脉冲传输方式。带先导控制的液压驱动往复式信号发生器是泥浆正脉冲传输方式最普遍的形式。传统的结构形式由液压控制回路驱动主节流阀往复运动来产生压力脉冲信号,液压控制回路的介质可以是钻井液也可以是液压油。先导阀动作多是由电磁铁来完成的,其中电磁铁式脉冲器驱动装置是脉冲器重要的组成部分。
[0004]但是,电磁铁式脉冲器驱动装置存在以下缺点:电磁铁在保持吸合状态时仍然需要驱动器提供较大的保持电流,这会大大缩短电池组的使用寿命,增加更换电池次数,极大的降低了钻井效率。
[0005]针对现有技术中电磁铁式泥浆脉冲器驱动装置存在的功耗大的技术问题,目前尚未提出有效的解决方案。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型实施例提供了一种用于驱动电动机的系统和电机式泥浆脉冲器,以至少解决现有技术中电磁铁式泥浆脉冲器驱动装置存在的功耗大的技术问题。
[0007]根据本实用新型实施例的一个方面,提供了一种用于驱动电动机的系统,包括:控制电路,用于根据输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,生成脉宽调制信号;逆变电路,与控制电路电连接,用于根据脉宽调制信号,将直流电源转换为交流电源;电动机,与逆变电路连接,用于在交流电源的带动下工作。
[0008]根据本实用新型实施例的另一方面,还提供了一种电机式泥浆脉冲器,包括:上述用于驱动电动机的系统。
[0009]在本实用新型实施例中,通过控制电路根据输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,生成脉宽调制信号,并将脉宽调制信号输出至逆变电路,逆变电路根据脉宽调制信号,将直流电源转换为交流电源,并将交流电源输出至电动机,电动机在交流电源的带动下工作,从而实现控制电机完成相应动作,进而通过传动机构带动先导阀动作,并且控制电机工作不需要保持电流的存在,可以极大的降低系统功耗,从而解决现有技术中电磁铁式泥浆脉冲器驱动装置存在的功耗大的技术问题。因此,通过本申请提供的方法,不仅提高电池组的使用寿命,减少更换电池的次数,节约了成本,极大的提高了钻井效率,并且减少了大容量电容组,降低系统生产升本,减小系统体积,使系统设计更加紧凑。
【附图说明】
[0010]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本申请的一部分,本实用新型的示意性实施例及其说明用于说明本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0011]图1是根据本实用新型实施例的一种用于驱动电动机的系统的示意图;
[0012]图2是根据本实用新型实施例的一种可选的用于驱动电动机的系统的示意图;
[0013]图3是根据本实用新型实施例的一种可选的控制电路的结构示意图;
[0014]图4是根据本实用新型实施例的一种可选的逆变电路的结构示意图;
[0015]图5(a)是根据本实用新型实施例的一种可选的端电压检测电路的结构示意图;
[0016]图5(b)是根据本实用新型实施例的一种可选的端电压检测电路的结构示意图;
[0017]图5(c)是根据本实用新型实施例的一种可选的端电压检测电路的结构示意图;以及
[0018]图6是根据本实用新型实施例的一种可选的驱动电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案,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的实施例,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,都应当属于本实用新型保护的范围。
[0020]需要说明的是,本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0021]实施例1
[0022]图1是根据本实用新型实施例的一种用于驱动电动机的系统的示意图,如图1所示,该系统包括:控制电路11,逆变电路13和电动机15。
[0023]其中,控制电路11用于根据输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,生成脉宽调制信号。
[0024]在一种可选的方案中,控制电路根据探管输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,应用内置的电机控制算法,计算6路脉宽调制信号(P丽信号)中每一路的输出信号值,并将该6路PffM信号输出至逆变电路。
[0025]逆变电路13,与控制电路11电连接,用于根据脉宽调制信号,将直流电源转换为交流电源。
[0026]在一种可选的方案中,逆变电路根据控制电路输出的6路PWM信号,将电池组提供的直流电源转换成频率和电压一定的交流电源,并将该交流电源输出至电动机的A相,B相和C相。
[0027]电动机15,与逆变电路13电连接,用于在交流电源的带动下工作。
[0028]在一种可选的方案中,电动机在A相,B相和C相的交流电源的带动下工作,输出驱动脉冲发生机构的驱动信号。
[0029]本申请上述实施例中,通过控制电路根据输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,生成脉宽调制信号,并将脉宽调制信号输出至逆变电路,逆变电路根据脉宽调制信号,将直流电源转换为交流电源,并将交流电源输出至电动机,电动机在交流电源的带动下工作,从而实现控制电机完成相应动作,进而通过传动机构带动先导阀动作,并且控制电机工作不需要保持电流的存在,可以极大的降低系统功耗,从而解决现有技术中电磁铁式泥浆脉冲器驱动装置存在的功耗大的技术问题。因此,通过本申请提供的方法,不仅提高电池组的使用寿命,减少更换电池的次数,节约了成本,极大的提高了钻井效率,并且减少了大容量电容组,降低系统生产升本,减小系统体积,使系统设计更加紧凑。
[0030]根据本申请上述实施例,如图2所示,上述系统还包括:
[0031]端电压检测电路,分别与逆变电路和控制电路电连接,用于检测电动机的端电压。
[0032]在一种可选的方案中,电动机的A相,B相和C相连接至端电压检测电路,端电压检测电路输出电动机A相端电压,B相端电压和C相端电压至控制电路。控制电路根据探管输入的编码数据和端电压检测电路输出的电动机A相端电压,B相端电压和C相端电压,应用内置的电机控制算法,计算6路PffM信号中每一路的输出信号值,得到6路PffM信号。
[0033]通过上述方案,端电压检测电路检测电动机三相的端电压并输出至控制电路,控制电路根据编码数据和端电压生成脉宽调制信号,从而实现控制电路根据电动机的端电压实时调整脉宽调制信号的目的。
[0034]根据本申请上述实施例,如图2所示,上述系统还包括:
[0035]驱动电路,连接于控制电路和逆变电路之间,用于根据预设的工作参数和脉宽调制信号,生成驱动信号。
[0036]在一种可选的方案中,控制电路将生成的6路PffM信号输出至驱动电路,并通过SPI接口输出预设的工作参数至驱动电路。驱动电路根据预设的工作参数,对6路PWM信号进行功率放大,得到放大后的6路PWM信号,即驱动信号,驱动电路将驱动信号输出至逆变电路。逆变电路根据驱动信号将电池组提供的直流电源转换成频率和电压一定的交流电源,并将该交流电源输出至电动机的A相,B相和C相。
[0037]此处需要说明的是,如图2所示,驱动电路为控制电路提供工作电压,即图2中的3.3V电源。
[0038]通过上述方案,驱动电路根据预设的工作参数和脉宽调制信号生成驱动信号,实现对脉宽调制信号进行功率放大的目的。
[0039]根据申请上述实施例,控制电路的型号为TMS320F28027。
[0040]图3是根据本实用新型实施例的一种可选的控制电路的结构示意图,如图3所示,控制电路主芯片为TMS320F28027,控制电路的3脚为复位信号引脚,通过上拉电阻Rl接至+3.3V电源;11脚通过电感LI连接至+3.3V电源,并通过电容C5连接至GND ; 12脚连接至GND ; 30脚、33脚、34脚、44脚连接至GND ; 32脚通过电容C7连接至GND ; 35脚通过电感L2连接至+3.3V电源,通过电容C6连接至GND ;45脚和46脚连接至电阻R2两端,电阻R2连接至晶振Ql两端,晶振Ql两端分别通过电容Cl、C2连接至GND。
[0041]控制电路通过31脚和36脚接收输入的编码数据,在应用内置的电机控制算法得到6 路 PffM 信号之后,通过 28 脚 PffM-AL,29 脚 PffM-AH,37 脚 PffM-BH,38 脚 PWM-BL,39 脚 PffM-CH 和 40脚PffM-CL总共6个管脚输出该6路PffM信号。
[0042]根据申请上述实施例,逆变电路的型号为TR-CSD18533Q5A。
[0043]图4是根据本实用新型实施例的一种可选的逆变电路的结构示意图,如图4所示,逆变电路主要采用TR-CSD18533Q5A构建,其中Q2的5脚连接至+28V,同时连接到C20的一端,C20的另一端连接至GND,Q2的4脚连接至R16的一端,Rl 6的另一端连接口,Q2的I脚、2脚、3脚同时连接到Q5的5脚和口 ; Q5的4脚连接至R21的一端,R21的另一端连接GL_A端口,Q5的I脚、2脚、3脚同时连接至R27的一端、C34的一端和口,R27的另一端连接至C34的另一端,并接地GND ; Q3的5脚连接至+28V,同时连接到C21的一端,C21的另一端连接至GND,Q3的4脚连接至Rl 7的一端,Rl 7的另一端连接口,Q3的I脚、2脚、3脚同时连接到Q6的5脚和口 ; Q6的4脚连接至R22的一端,R22的另一端连接口,Q6的I脚、2脚、3脚同时连接到R27的一端和SL_B端口; Q4的5脚连接至+28V,同时连接到C22的一端,C22的另一端连接至GND,Q4的4脚连接至Rl8的一端,R18的另一端连接口,Q4的I脚、2脚、3脚同时连接到Q7的5脚和口 ; Q7的4脚连接至R23的一端,R22的另一端连接61^_(:端口,Q7的I脚、2脚、3脚同时连接到R27的一端和SL_(^^ 口。
[0044]逆变电路通过R16的另一端,R21的另一端,R17的另一端,R22的另一端,R18的另一端和R23的另一端接收控制电路输出的6路PWM信号,并通过Q5的5脚输出电动机A相交流电SH_A,通过Q6的5脚输出电动机B相交流电SH_B,通过Q7的5脚输出电动机C相交流电SH_C。
[0045]如图5(a)至图5(c)所示,在端电压检测电路中,逆变电路中Q5的5脚连接至R3的一端,R3的另一端连接至R4的一端、C3的一端以及控制电路TMS320F28027芯片的7脚VA-FB,R4另一端和C3另一端连接至GND;逆变电路中Q6的5脚连接至R5的一端,R5的另一端连接至R6的一端和C9的一端以及控制电路TMS320F28027芯片的8脚VA-FB,R6另一端、C9另一端连接至GND ;逆变电路中Q7的5脚连接至R7的一端,R7的另一端连接至R8的一端和ClO的一端以及控制电路TMS320F28027芯片的10脚VC-FB,R8另一端、ClO另一端连接至GND。
[0046]端电压检测电路通过R3的一端,R5的一端和R7的一端检测交流电A相,B相和C相的端电压,并通过R3的另一端,R5的另一端和R7的另一端输出电动机A相端电压、电动机B相端电压和电动机C相端电压至控制电路。
[0047]根据申请上述实施例,驱动电路的型号为DRV8301DCA。
[0048]图6是根据本实用新型实施例的一种可选的驱动电路的结构示意图,如图6所示,驱动电路采用DRV8301DCA。其中,2脚连接至C35、C36、R28、R29的一端,R29另一端连接至C39一端,C35、C36、C39和R26的另一端连接至GND;3脚连接至R19的一端和R20的一端,R19的另一端连接至+3.3V,R20的另一端连接至6_;4脚连接至1?26的一端,1?26的另一端连接至+3.3V; 5脚连接到R12的一端,R12的另一端连接至+3.3V; 6脚连接到R13的一端,R13的另一端连接至+3.3V; 7脚连接至Rl 4的一端,另一端连接至GND ; 12脚连接至1?24的一端,1?24的另一端连接至GND; 13脚连接至C19的一端,C19的另一端连接至GND; 14脚连接至C18的一端,C18的另一端连接至15脚;23脚连接至C38的一端,C38的另一端连接至GND ; 24脚连接至+3.3V ;25脚连接至R25的一端,R25的另一端连接至C33的一端,C33的另一端连接至GND; 27脚连接至C37的一端,C37的另一端连接至6仰;28脚连接至6仰;29脚连接至+28¥,同时连接到(:16、C17的一端,C16、C17的另一端连接至6冊;36脚连接至026的一端,026的另一端连接至38脚;41脚连接至C25的一端,C25的另一端连接至43脚;46脚连接至C23的一端,C23的另一端连接至48脚;49脚连接至C24的一端,同时连接到+3.3V,C24的另一端连接至GND; 52脚连接到C29的一端,C29的另一端连接至50脚、51脚,同时连接到L3、D1的一端,L3的另一端连接至C30、〇31工32的一端以及+3.3¥,01的另一端连接至030、031、032的另一端以及6仰;53脚连接至54脚、C27的一端、C28的一端、+28V,C27另一端、C28另一端连接至6冊;57脚连接至6冊。
[0049]驱动电路DRV8301DCA芯片的17脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的29脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的18脚连接至控制电路了]\^32(^28027芯片的28脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的19脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的37脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的20脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的38脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的21脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的39脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的22脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的40脚,因此,驱动电路通过17脚、18脚、19脚、20脚、21脚和22脚接收控制电路输出的6路PffM信号。
[0050]驱动电路DRV8301DCA芯片的35脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A芯片的GL_C,驱动电路DRV8301DCA芯片的37脚连接至逆变电路了1?-05018533054的6!1_(:,驱动电路DRV8301DCA芯片的40脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的GL_B,驱动电路DRV8301DCA芯片的42脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的GH_B,驱动电路DRV8301DCA芯片的45脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的GL_A,驱动电路DRV8301DCA芯片的47脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的GH_A,因此,驱动电路通过35脚、37脚、40脚、42脚、45脚和47脚输出6路驱动信号至逆变电路。
[0051 ]根据本申请上述实施例,如图2所示,控制电路和驱动电路通过串行外设接口连接。
[0052]在一种可选的方案中,控制电路通过串行外设接口(SPI接口)输出预设的工作参数至驱动电路,驱动电路通过SPI接口接收该预设的工作参数。
[0053]如图3和图6所示,驱动电路DRV8301DCA芯片的8脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的25脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的9脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的27脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的10脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的26脚,驱动电路DRV8301DCA芯片的11脚连接至控制电路TMS320F28027芯片的24脚。驱动电路DRV8301DCA芯片的25脚为片选线SCS端口,控制电路的27脚为输入线SDI端口,控制电路的26脚为输出线SDO端口,控制电路的24脚为时钟线SCLK端口。
[0054]根据本申请上述实施例,如图2所示,控制电路通过串行总线接口接收编码数据。
[0055]在一种可选的方案中,控制电路通过串行总线接口(I2C接口)与探管连接,接收探管输出的编码数据。
[0056]如图3所示,在一种可选的方案中,控制电路通过31脚和36脚与探管连接,31脚为I2C数据线SDA端口,36脚为I2C时钟线SCL端口。
[0057]根据本申请上述实施例,如图2所示,上述系统还包括:
[0058]电池组,分别与逆变电路和驱动电路电连接,用于供电。
[0059]在一种可选的方案中,上述电池组可以是+28V电池组,为驱动电路和逆变电路供电。
[0060]此处需要说明的是,控制电路TMS320F28027芯片的I脚OCTW连接至驱动电路DRV8301DCA芯片的5脚,控制电路TMS320F28027芯片的48脚FAULT连接至驱动电路DRV8301DCA芯片的6脚,通过上述管脚连接,驱动电路将错误信号发送给控制电路,即图2中错误信号。控制电路TMS320F28027芯片的41脚DC-CAL连接至驱动电路DRV8301DCA芯片的12脚,用于实现驱动电路DRV8301DCA芯片直流偏移校准。控制电路TMS320F28027芯片的42脚EN-GATE连接至驱动电路DRV8301DCA芯片的16脚,用于使能DRV8301DCA芯片的驱动信号输出及芯片内部电流监控器。
[0061 ] 控制电路TMS320F28027芯片的13脚1-FB连接驱动电路DRV8301DCA芯片的25脚,通过上述管脚连接,驱动电路将母线电流反馈给控制电路,即图2中母线电流。
[0062]驱动电路DRV8301DCA芯片的32脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的ISENSE_P,驱动电路DRV8301DCA芯片的33脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的ISENSE_N,通过上述管脚的连接,逆变电路将母线电流反馈给驱动电路,即图2中的母线电流反馈。
[0063]驱动电路DRV8301DCA芯片的34脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的SL_C,驱动电路DRV8301DCA芯片的36脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的SH_C,驱动电路DRV8301DCA芯片的39脚连接至逆变电路的SL_B,驱动电路DRV8301DCA芯片的41脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的SH_B,驱动电路DRV8301DCA芯片的44脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的SL_A,驱动电路DRV8301DCA芯片的46脚连接至逆变电路TR-CSD18533Q5A的SH_A。通过上述管脚的连接,逆变电路将直流电源转换为交流电源后连接至电动机。
[0064]实施例2
[0065]根据本实用新型实施例的另一方面,还提供了一种电机式泥浆脉冲器,包括:上述用于驱动电动机的系统。
[0066]此处需要说明的是,本申请提供的电机式泥浆脉冲器包括上述实施例提供的用于驱动电动机的系统的各个优选地、可选的实施例,但不限于上述实施例所提供的实施例。
[0067]上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
[0068]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种用于驱动电动机的系统,其特征在于,包括: 控制电路,用于根据输入的编码数据和采集到的电动机的端电压,生成脉宽调制信号; 逆变电路,与所述控制电路电连接,用于根据所述脉宽调制信号,将直流电源转换为交流电源; 电动机,与所述逆变电路连接,用于在所述交流电源的带动下工作。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括: 端电压检测电路,分别与所述逆变电路和所述控制电路电连接,用于检测所所述电动机的端电压。3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括: 驱动电路,连接于所述控制电路和所述逆变电路之间,用于根据预设的工作参数和所述脉宽调制信号,生成驱动信号。4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述控制电路的型号为TMS320F28027。5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述逆变电路的型号为TR-CSD18533Q5A。6.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述驱动电路的型号为DRV830IDCA。7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述控制电路和所述驱动电路通过串行外设接口连接。8.根据权利要求1至7中任意一项所述的系统,其特征在于,所述控制电路通过串行总线接口接收所述编码数据。9.根据权利要求8中任意一项所述的系统,其特征在于,所述系统还包括: 电池组,与所述逆变电路和驱动电路连接,用于供电。10.—种电机式泥浆脉冲器,其特征在于,包括:权利要求1至9中任意一项所述的用于驱动电动机的系统。
【文档编号】H02P27/08GK205453577SQ201521074677
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月21日
【发明人】王鑫, 刘新元, 黄有奇, 范郭亮, 周岩
【申请人】北京市普利门机电高技术企业, 北京市普利门电子科技有限企业
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