[发明专利]潜油螺杆泵伺服驱动系统及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及潜油螺杆泵伺服驱动领域。

背景技术

交流电机的速度和为该电机供电的电压的频率成正比，而电机的反电势，即电机的电压和速度成正比。要达到电机速度连续可调，需要一个频率和幅值都连续可变的交流电压。对常规的交流电机伺服驱动系统，如图2，其电机动力电缆一般不会超过30m，输出电压dv/dt不是问题，而本驱动系统的电机动力电缆可达2000m，是常规系统的60多倍。当动力电缆的长度超过一定的值，以及通过电缆传输的电压和电流快速变化时，电缆的电气参数，如电阻、电容、电感等，不能如常规按集中参数处理，而是分布参数，电缆传输的电量，电压和电流也必须按传输线理论来处理，电压和电流不仅仅是时间的函数，同时也是位置的函数，它们沿电缆长度的方向是一种传输波。因此，需要对采用脉宽调制技术产生的电压通过长动力电缆而可能出现的问题进行分析。

电压变化率dv/dt很高时，电压波沿电缆长度的方向传输，当电压波到达分布参数变化的位置，如电机的接线盒，会产生折射和反射，这种反射会在电机绕组产生高达驱动器输出电压三倍的电压，使电压变化率dv/dt更高，从而在各相绕组之间以及相绕组和机壳之间的寄生电容流过高频电流，这种高电压和高频电流会引起电机的绝缘和轴承损坏。

由于潜油螺杆泵系统的特殊应用环境，决定了动力电缆采用扁平状设计。由于扁平动力电缆的几何不对称其三相电感也是不对称的，即动力电缆中间相的电感值和其它两相的不一样大，且长度越长，电感的差别越大。伺服驱动器通过电力电缆传输交流电压给伺服永磁同步电机。当其长度超过一定的值时，这种动力电缆电感的不对称会严重影响电机的控制，，尤其对确定电机N极角度的精度的影响更为严重，而电机N极角度的正确与否直接关系到电机的平稳和可靠起动。

交流电机的控制很复杂，交流电机有三相绕组，从三相电流中无法区分励磁电流和力矩电流，不像直流电机励磁电流和力矩电流可分别控制。现有交流电机驱动方法大多是采用编码器反馈，同步机转子的位置可通过编码器测得，如图3所示，转子磁极N极的方向就是前述的d-电流方向，转子电角度位移90°为q-电流方向。若使用编码器，其检测信号反馈至地面控制器，存在着延迟，无法实现准确的反馈，尤其信号多为弱电传输，易受干扰。

发明内容

本发明为了解决现有电机伺服驱动系统中由于驱动器输出电压变化率高，导致电机的绝缘和轴承损坏的问题，同时由于现有交流电机驱动方法大多采用编码器反馈检测信号的方法，存在信号延迟和易受干扰的缺陷，导致电机运行不稳定的问题，提出了潜油螺杆泵伺服驱动系统及其驱动方法。

潜油螺杆泵伺服驱动系统包括伺服驱动器、伺服永磁同步电机和输出滤波器，所述伺服驱动器的输出端与输出滤波器的输入端连接，输出滤波器的输出端通过电机动力电缆与伺服永磁同步电机的输入端连接，所述输出滤波器包括共模电感、三相电感和补偿电感，所述共模电感包括第一电感、第二电感和第三电感，三相电感包括第四电感、第五电感和第六电感，所述第一电感与第四电感串联在第一相导线中，第二电感、第五电感和补偿电感串联在第二相导线中，第三电感与第六电感串联在第三相导线中。

所述伺服驱动器包括电源、一号功率开关、二号功率开关、三号功率开关、四号功率开关、五号功率开关和六号功率开关，所述一号功率开关、二号功率开关、三号功率开关、四号功率开关、五号功率开关和六号功率开关的电路结构相同，一号功率开关包括二极管和三极管，二极管的阴极与三极管的集电极连接，二极管的阳极与三极管的发射极连接，电源的正极同时与二号功率开关的三极管的发射极、四号功率开关的三极管的发射极和六号功率开关的三极管的发射极连接，电源的负极同时与一号功率开关的三极管的集电极、三号功率开关的三极管的集电极和五号功率开关的三极管的集电极连接，一号功率开关的三极管的发射极同时与二号功率开关的三极管的集电极和输出滤波器的第一信号输入端连接，三号功率开关的三极管的发射极同时与四号功率开关的三极管的集电极和输出滤波器的第二信号输入端连接，五号功率开关的三极管的发射极同时与六号功率开关的三极管的集电极和输出滤波器的第三信号输入端连接。