[发明专利]基于变频调速的钻机保护控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及变频调速控制技术，具体涉及一种基于变频调速的钻机保护控制系统。

背景技术

钻机是一种可以用来深入地底，破碎岩石，获取地质资料，探明地下地质状况的机械装 置。该装置广泛应用于地质勘探、矿石开凿、建筑基础、煤炭开采等方面，由于岩土钻掘工 程的目的与施工对象各异，在不同的场合下，应用钻机的类型也不一样，例如有工程施工钻 机、石油钻机、地质勘查钻机、岩心钻机以及适用于煤矿及非煤矿山井下水气的全液压履带 式煤矿坑道钻机等。

目前，钻机在施工场地的作业过程中，钻杆扭伤或扭断是一种常见的事故，当钻头在地 下遇到硬度比较高的岩石，电动机电流会急速增大使电动机保持原来的转速，阻力也就会随 之增大，就会导致钻头在钻进过程中钻杆容易发生扭伤或扭断，更重要的是扭伤或扭断的钻 杆以及底端的钻头几乎没有任何办法进行打捞，不仅影响施工的正常进度，而且钻杆以及钻 头价格昂贵，会带来较大的财产损失。

综上所述，为了避免钻头因遇到过大阻力使得钻杆受到扭矩增大发生扭伤或扭断，急需 设计一种新的钻机保护控制系统，既能保证施工速度，又能使钻机安全可靠地运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于变频调速的钻机保护控制系统，解决了钻头因遇到过大 阻力使得钻杆受到扭矩增大容易发生扭伤或扭断的技术问题，本控制既能保证施工速度，又 能使钻机安全可靠地运行。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：基于变频调速的钻机保护控制系统， 输入电压经过交-直-交SVPWM变频器给三相异步电动机供电，三相异步电动机连接着传动 轴带动钻杆工作,其特征在于，所述三相异步电动机与交-直-交SVPWM变频器之间放置有 电流互感器。

所述的钻杆的下端与钻头相连接，钻杆带动钻头旋转破碎地下岩层进行钻进。

所述的的交-直-交SVPWM变频器采用脉冲调制的方法，将原来固定电压固定频率的交 流电变换为电压与频率均可调的交流电源，给三相异步电动机供电，可实时改变电动机的输 入电压以及频率，电动机转速也就随之可控。

所述的电流互感器一次侧的匝数很少，二次侧匝数很多，可以将一次侧的大电流转换成 二次侧的小电流输出，经整流滤波器和A/D转换器与单片机连接，实现对三相异步电动机电 流的实时采样。

所述的单片机与交-直-交SVPWM变频器相连接，单片机的六个引脚控制交-直-交 SVPWM变频器的六个IGBT管脚，实现对交-直-交SVPWM变频器的脉冲调制控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

基于变频调速的钻机保护控制系统增加了交-直-交SVPWM变频器模块，在单片机的控 制下可以将频率可以从原来的50Hz变为10～50Hz内可调，电源电压也变为可调的，一旦钻 头受到的阻力过大，可以通过降低转速减小阻力，钻杆的扭矩就不会因承受过大扭矩而扭伤 或扭断。

附图说明

图1是本发明一个实施例的变频调速的钻机保护控制系统的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图 1，进一步阐述本发明。

具体实施方式如下：

如图1所示,交流电压经过交-直-交SVPWM变频器给三相异步电动机(4)供电，三相异 步电动机(4)连接着传动轴(3)带动钻杆(2)工作，钻杆(2)下端安装有钻头(1)可用来钻进，当钻 头(1)遇到硬度高的岩层，受到的阻力增大，三相异步电动机的电流就会急剧升高，用来维持 原来的转速，钻杆(2)承受的扭矩也就会增大，容易发生扭伤或扭断。

通过在三相异步电动机(4)与交-直-交SVPWM变频器之间放置一个电流互感器将大电流 转换成小电流，再增加一个电阻用来把电流信号转换成电压信号，经整流滤波器和A/D转换 器与单片机连接，这就实现了单片机对三相异步电动机电流的实时采样。

若单片机检测三相异步电动机的电流增大到超过一定的参考值范围，就会控制交-直-交 SVPWM变频器的六个IGBT引脚减小输入交流电源的电压以及频率，从而使得三相异步电 动机的转速下降，钻杆(2)受到的扭矩也会相应减小，防止了钻杆(2)因遭受过大扭矩而扭伤或 扭断。