CN113078853B - 一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，包括：变频驱动器，用以对感应电机的频率进行调节并驱动永磁同步电机；导线装置，其设置有调节阀和N条导线，调节阀设置在导线装置外，顺时针旋转调节阀使与转子连接的导线***，逆时针旋转调节阀使与转子连接的导线变细；永磁同步电机，其内设置有转子，用以通过功率调节来对永磁同步电机产生的谐振频率进行调节；电压检测仪，用以检测变频驱动器的电压；电容检测仪，用以检测永磁同步电机的电容；控制单元，用以控制感应电机改造时的频率调整过程；从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。

Description

一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置
技术领域
本发明涉及抽油机驱动技术领域，尤其涉及一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置。
背景技术
在油田生产作业中，传统的异步电机及其他各类型抽油装置驱动电机存在着机械结构复杂、电机尺寸大、材料利用率低、整体***效率偏低等缺点。尤其是针对不同油井不同工作区间其井况往往不一致，而传统驱动方式无法针对驱动电机进行高精度转速调节，只能依靠不断更换不同尺寸皮带轮改变传动比调速，这种方式大大增加了人力劳动，同时也影响了油田采油的稳定性，不利于长时间、自动化采油的需求。同时，现有的永磁同步电机调速***大多使用变压变频调速策略，尽管该策略具有成本低、使用简单等优点，但由于游梁式抽油机独特的工作特点采用该控制策略在电机低速时会出现力矩降低的情况，而不同井况又难以实现补偿。
永磁同步电机以其结构简单、运行可靠、体积小、损耗低、效率高等优点，在电动汽车、数控机床及电子电气领域有着广泛应用。在永磁同步电机的实际应用中，需要先预先辨识永磁同步电机的相关参数，以配置其最优的控制方案。
目前，已经有一些感应电机改造永磁同步电机拖动装置，但不同通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率来提高整体***的稳定性。
发明内容
为此，本发明提供一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，可以有效解决现有技术中感应电机改造永磁同步电机拖动装置时变频驱动器产生的载波频率与永磁同步电机产生的谐振频率相同或相近以致整体***的稳定性低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，包括：
变频驱动器，用以对感应电机的频率进行调节并驱动永磁同步电机；
导线装置，其与所述变频驱动器连接，其设置有调节阀和N条导线，N≥6，导线设置在导线装置内，所述N条导线彼此之间材质相同但粗细不同，调节阀设置在导线装置外，顺时针旋转调节阀使与转子连接的导线***，逆时针旋转调节阀使与转子连接的导线变细；
永磁同步电机，其与所述导线装置连接，其内设置有转子，用以通过功率调节来对永磁同步电机产生的谐振频率进行调节；
电压检测仪，其与所述变频驱动器连接，用以检测变频驱动器的电压；
电容检测仪，其与所述永磁同步电机连接，用以检测永磁同步电机的电容；
强度检测传感器，其与所述永磁同步电机连接，用以检测转子产生的噪音强度；
控制单元，其与所述变频驱动器、所述导线装置、所述永磁同步电机、所述电压检测仪、所述电容检测仪和所述强度检测传感器连接，用以控制所述感应电机改造时的频率调整过程；
所述感应电机改造时，所述控制单元将变频驱动器产生的载波频率R与永磁同步电机产生的谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子功率，并通过频率第一差值Da、频率第二差值Db和预设频率差值D0进行进一步确定是否需要调节转子功率，若需要调节转子功率，控制调节阀旋转以使转子与不同粗细的导线进行串联以对转子功率进行调节，将变频驱动器的实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，将永磁同步电机的实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P；
所述实际电压U通过电压检测仪测量得到，所述实际电容Q通过电容检测仪测量得到。
进一步地，所述转子功率需要调节时，若Da＜D1，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/2）×N])；
若D1≤Da≤D2，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/3）×N])；
若D2≤Da≤D3，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/4）×N])；
若Da≥D3，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/5）×N])；
若Db＜D1，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/3）×N])；
若D1≤Db≤D2，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/4）×N])；
若D2≤Db≤D3，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/5）×N])；
若Db≥D3，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/6）×N])；
其中，Di表示直径第i标准频率差值，设定i=1,2,3。
进一步地，所述感应电机改造时，所述控制单元获取所述变频驱动器产生的载波频率并将其设置为R，设置完成时，控制单元获取所述永磁同步电机产生的谐振频率并将其设置为P，设置完成时，控制单元将载波频率R与谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联；
若R＜P，所述控制单元判定需要结合转子产生的噪音强度确定是否需要调节转子功率；
若R=P，所述控制单元判定需要调节转子功率；
若R＞P，所述控制单元判定需要结合频率第一差值确定是否需要调节转子功率。
进一步地，所述控制单元判定需要结合频率差值确定是否需要调节转子功率时，控制单元计算频率第一差值Da，计算完成时，控制单元将频率第一差值Da与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联；
若Da≤D0，所述控制单元判定需要调节转子功率；
若Da＞D0，所述控制单元判定无需调节转子功率。
进一步地，所述控制单元判定需要结合频率差值确定是否需要调节转子功率时,控制单元计算频率第一差值Da，其计算公式如下：
Da=R-P；
式中，R表示变频驱动器产生的载波频率，P表示永磁同步电机产生的谐振频率。
进一步地，所述控制单元判定需要结合转子产生的噪音强度确定是否需要调节转子功率时，控制单元控制噪音强度检测传感器对转子产生的噪音强度进行检测并将测得的噪音强度设置为W,设置完成时，控制单元将噪音强度W与预设噪音强度进行比较以确定频率差值计算参数；
其中，所述控制单元设置有预设噪音强度和频率差值计算参数，所述预设噪音强度包括第一预设噪音强度W1，第二预设噪音强度W2和第三预设噪音强度W3，其中，W1＜W2＜W3；所述频率差值计算参数包括频率差值第一计算参数K1，频率差值第二计算参数K2，频率差值第三计算参数K3和频率差值第四计算参数K4，其中，所述各计算参数相互之间不相等且K1+K2+K3+K4=1；
若W＜W1，所述控制单元判定频率差值计算参数为K1；
若W1≤W≤W2，所述控制单元判定频率差值计算参数为K2;
若W2≤W≤W3，所述控制单元判定频率差值计算参数为K3;
若W≥W3，所述控制单元判定频率差值计算参数为K4。
进一步地，所述控制单元确定频率差值计算参数为Ki时，控制单元计算频率第二差值Db，设定Db=（P-R）×Ki，设定i=1,2,3,4，计算完成时，控制单元将频率第二差值Db与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联；
若Db≤D0，所述控制单元判定需要调节转子功率；
若Db＞D0，所述控制单元判定无需调节转子功率。
进一步地，所述感应电机改造时，控制所述电压检测仪对所述变频驱动器的电压进行检测，所述控制单元将将测得的电压设置为实际电压U，设置完成时，控制单元将实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R；
其中，所述控制单元还设置有预设电压和载波频率调节参数，所述预设电压包括第一预设电压U1，第二预设电压U2和第三预设电压U3，其中，U1＜U2＜U3；所述载波频率调节参数包括载波频率第一调节参数σ1，载波频率第二调节参数σ2，载波频率第三调节参数σ3和载波频率第四调节参数σ4，其中，σ1＞σ2＞σ3＞σ4且σ1+σ2+σ3+σ4=2；
若U＜U1，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[U/（U1-U）]×σ1；
若U1≤U＜U2，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[（U2-U）/（U-U1）]×σ2；
若U2≤U＜U3，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[（U3-U）/（U-U2）]×σ3；
若U≥U3，所述控制单元计算载波频率R，设定R=[（U-U3）/U3]×σ4。
进一步地，所述感应电机改造时，控制所述电容检测仪对所述永磁同步电机的电容进行检测，所述控制单元将测得的电容设置为实际电容Q，设置完成时，控制单元将实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P；
其中，所述控制单元还设置有预设电容，包括第一预设电容Q1，第二预设电容Q2和第三预设电容Q3，其中，Q1＜Q2＜Q3；
若Q＜Q1，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=60%×Q×P0；
若Q1≤Q＜Q2，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=70%×Q×P0；
若Q2≤Q＜Q3，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=80%×Q×P0；
若Q≥Q3，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=90%×Q×P0；
式中，P0表示标准谐振频率，通过所述控制单元设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置变频驱动器，对对感应电机的频率进行调节并驱动永磁同步电机，在改造时，将变频驱动器产生的载波频率与永磁同步电机产生的谐振频率进行比较以确定是否需要调节转子功率，并通过频率第一差值、频率第二差值和预设频率差值进行进一步确定是否需要调节转子功率，若需要调节转子功率，控制调节阀旋转以使转子与不同粗细的导线进行串联以对转子功率进行调节，将变频驱动器的实际电压与预设电压进行比较以确定载波频率，将永磁同步电机的实际电容与预设电容进行比较以确定谐振频率，其中，实际电压通过电压检测仪测量得到，实际电容Q通过电容检测仪测量得到。从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
尤其，本发明的变频驱动器采用无传感器的高精度矢量变频控制器作为驱动装置的电源，不需在电机内增设位置传感器，节省了该部分的体积和成本。针对不同功率等级电机自学习、自整定测定准确电机数学模型并通过扩展卡尔曼滤波器算法得到电机的磁链位置与电流时间相位进而精确控制电机。扩展卡尔曼滤波器算法可以有效地削弱随机干扰与测量噪声的影响，对户外抽油机***的稳定运行十分有益。在此基础上当井况出现如过电压、过电流等问题时，对电机采取保护措施，防止电机烧毁及时制动显著提高整体***安全性。在控制上提高了***控制精度，对应的驱动永磁同步电机可设计为多极使电机运行频率降低减小损耗，在中、低、高速下运行稳定振动小，同时矢量控制技术显著改善了电机的起动能力与过载能力，是整体***不需借助如感应电机的起动器进行起动，提高驱动装置综合性能。
尤其，本发明采用扩展卡尔曼滤波器算法进行无传感器矢量控制，不需传统的位置传感器检测电机转子位置，能在现有控制***基础之上更好的适应外界的干扰。其本质是基于数学模型的控制方法，通过对滤波回路与增益计算不断调整矫正电机内部状态变量以适应控制对象和扰动的动态特性，具有良好的动态性和鲁棒性。
尤其，本发明的转子为铸件或者冲片叠压而成，为内置式或表贴式磁极结构；每一对磁极下至少设置4个铁心槽；转子设计成多极结构使电机转速工作在合理范围，转子可选用内置式结构以强化电机转子强度并减少磁钢发热进而减少退磁可能性，提升电机的稳定性。同时，在转子表面（包含表贴式磁钢）表面喷涂有石墨烯涂料，杜绝了传统电机中转子磁钢局部过热致高温失磁的情况。采用石墨烯对转子温升情况进行改善，使转子不存在局部过热点，解决了永磁电机由于电枢反应而带来的磁钢局部过热问题。
尤其，现对于现有技术而言，本发明取消了传统的位置检测传感器，使整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性，转子（包含表贴式磁钢）外喷涂的石墨烯涂料具有高导热系数，可以降低由于转子发热而造成的磁钢失磁等问题。
进一步地，本发明通过将变频驱动器产生的载波频率R与永磁同步电机产生的谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子功率，并通过频率第一差值Da、频率第二差值Db和预设频率差值D0进行进一步确定是否需要调节转子功率，若需要调节转子功率，控制调节阀旋转以使转子与不同粗细的导线进行串联以对转子功率进行调节，将变频驱动器的实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，将永磁同步电机的实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P，其中，实际电压U通过电压检测仪测量得到，实际电容Q通过电容检测仪测量得到。从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
进一步地，本发明通过将载波频率R与谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联，从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
进一步地，本发明通过将频率第一差值Da与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联，从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
进一步地，本发明通过将噪音强度W与预设噪音强度进行比较以确定频率差值计算参数，进而通过预设公式确定频率第二差值Db，频率差值计算参数旨在将通过噪音强度确定频率第二差值，进而确定转子功率是否需要调节。
进一步地，本发明通过将频率第二差值Db与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联，从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
进一步地，本发明通过将实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
进一步地，本发明通过将实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P，从而能够通过将变频驱动器产生的载波频率远离永磁同步电机产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例感应电机改造永磁同步电机拖动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例感应电机改造永磁同步电机拖动装置的导线装置的侧视结构图；
图中标记说明：1、变频驱动器；2、导线装置；21、调节阀；22、导线；3、永磁同步电机；31、转子；4、电压检测仪；5、电容检测仪；6、强度检测传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1和图2所示，图1为本发明实施例感应电机改造永磁同步电机拖动装置的结构示意图，图2为本发明实施例感应电机改造永磁同步电机拖动装置的导线装置的侧视结构图，本发明提供一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，包括：
变频驱动器1，用以对感应电机的频率进行调节并驱动永磁同步电机3；
导线装置2，其与所述变频驱动器1连接，其设置有调节阀21和N条导线22，N≥6，导线22设置在导线装置2内，所述N条导线22彼此之间材质相同但粗细不同，调节阀21设置在导线装置2外，顺时针旋转调节阀21使与转子31连接的导线22***，逆时针旋转调节阀21使与转子31连接的导线22变细；
永磁同步电机3，其与所述导线装置2连接，其内设置有转子31，用以通过功率调节来对永磁同步电机3产生的谐振频率进行调节；
电压检测仪4，其与所述变频驱动器1连接，用以检测变频驱动器1的电压；
电容检测仪5，其与所述永磁同步电机3连接，用以检测永磁同步电机3的电容；
强度检测传感器6，其与所述永磁同步电机3连接，用以检测转子31产生的噪音强度；
控制单元（图中未画出），其与所述变频驱动器1、所述导线装置2、所述永磁同步电机3、所述电压检测仪4、所述电容检测仪5和所述强度检测传感器6连接，用以控制所述感应电机改造时的频率调整过程；
所述感应电机改造时，所述控制单元将变频驱动器1产生的载波频率R与永磁同步电机3产生的谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子31功率，并通过频率第一差值Da、频率第二差值Db和预设频率差值D0进行进一步确定是否需要调节转子31功率，若需要调节转子31功率，控制调节阀21旋转以使转子31与不同粗细的导线22进行串联以对转子31功率进行调节，将变频驱动器1的实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，将永磁同步电机3的实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P；
所述实际电压U通过电压检测仪4测量得到，所述实际电容Q通过电容检测仪5测量得到。
本实施例中，导线22粗细不同，电阻不同，串联情况下，导线22越粗，电阻越小，导线22越细，电阻越大。控制单元内设置有PLDa控制板。变频驱动器1采用矢量控制方式配合无传感器控制技术精确控制驱动电机驱动永磁同步电机3。该高精度矢量变频器为集成化高精度器件，可通过调整控制参数使永磁同步电机3在宽转速下都具有良好性能并通过内部自适应算法及扩展卡尔曼滤波器算法实现电机的矢量控制。所述转子31为铸件或者冲片叠压而成，转子31为内置式或表贴式磁极结构；每一对磁极下至少设置4个铁心槽；转子31设计成多极结构使电机转速工作在合理范围，转子31可选用内置式结构以强化电机转子31强度并减少磁钢发热进而减少退磁可能性，提升电机的稳定性。同时，在转子31表面（包含表贴式磁钢）表面喷涂有石墨烯涂料，杜绝了传统电机中转子31磁钢局部过热致高温失磁的情况。
具体而言，本发明通过将变频驱动器1产生的载波频率R与永磁同步电机3产生的谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子31功率，并通过频率第一差值Da、频率第二差值Db和预设频率差值D0进行进一步确定是否需要调节转子31功率，若需要调节转子31功率，控制调节阀21旋转以使转子31与不同粗细的导线22进行串联以对转子31功率进行调节，将变频驱动器1的实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，将永磁同步电机3的实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P，其中，实际电压U通过电压检测仪4测量得到，实际电容Q通过电容检测仪5测量得到。从而能够通过将变频驱动器1产生的载波频率远离永磁同步电机3产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
具体而言，本发明采用无传感器的高精度矢量变频控制器作为驱动装置的电源，不需在电机内增设位置传感器，节省了该部分的体积和成本。针对不同功率等级电机自学习、自整定测定准确电机数学模型并通过扩展卡尔曼滤波器算法得到电机的磁链位置与电流时间相位进而精确控制电机。扩展卡尔曼滤波器算法可以有效地削弱随机干扰与测量噪声的影响，对户外抽油机***的稳定运行十分有益。在此基础上当井况出现如过电压、过电流等问题时，对电机采取保护措施，防止电机烧毁及时制动显著提高整体***安全性。在控制上提高了***控制精度，对应的驱动永磁同步电机3可设计为多极使电机运行频率降低减小损耗，在中、低、高速下运行稳定振动小，同时矢量控制技术显著改善了电机的起动能力与过载能力，是整体***不需借助如感应电机的起动器进行起动，提高驱动装置综合性能。
具体而言，所述转子31功率需要调节时，若Da＜D1，则控制单元控制所述调节阀21顺时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22***，电阻变小，进而使转子31功率变大，设定j=INT([（1/2）×N])；
若D1≤Da≤D2，则控制单元控制所述调节阀21顺时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22***，电阻变小，进而使转子31功率变大，设定j=INT([（1/3）×N])；
若D2≤Da≤D3，则控制单元控制所述调节阀21顺时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22***，电阻变小，进而使转子31功率变大，设定j=INT([（1/4）×N])；
若Da≥D3，则控制单元控制所述调节阀21顺时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22***，电阻变小，进而使转子31功率变大，设定j=INT([（1/5）×N])；
若Db＜D1，则控制单元控制所述调节阀21逆时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22变细，电阻变大，进而使转子31功率变小，设定j=INT([（1/3）×N])；
若D1≤Db≤D2，则控制单元控制所述调节阀21逆时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22变细，电阻变大，进而使转子31功率变小，设定j=INT([（1/4）×N])；
若D2≤Db≤D3，则控制单元控制所述调节阀21逆时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22变细，电阻变大，进而使转子31功率变小，设定j=INT([（1/5）×N])；
若Db≥D3，则控制单元控制所述调节阀21逆时针旋转j个卡位，以使与转子31连接的导线22变细，电阻变大，进而使转子31功率变小，设定j=INT([（1/6）×N])；
其中，Di表示直径第i标准频率差值，设定i=1,2,3。
本实施例中，调节阀21每旋转一个卡位，与转子31连接的导线22就顺着旋转的方向更换一条。控制单元内设置有标准频率差值，包括第一标准频率差值D1，第二标准频率差值D2和第三标准频率差值D3，其中，D1＜D2＜D3。标准频率差值与预设频率差值之间没有关系。
具体而言，所述感应电机改造时，所述控制单元获取所述变频驱动器1产生的载波频率并将其设置为R，设置完成时，控制单元获取所述永磁同步电机3产生的谐振频率并将其设置为P，设置完成时，控制单元将载波频率R与谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子31功率，控制单元判定需要调节转子31功率时，控制所述调节阀21旋转以使所述转子31与不同粗细的导线22进行串联；
若R＜P，所述控制单元判定需要结合转子31产生的噪音强度确定是否需要调节转子31功率；
若R=P，所述控制单元判定需要调节转子31功率；
若R＞P，所述控制单元判定需要结合频率第一差值确定是否需要调节转子31功率。
具体而言，本发明通过将载波频率R与谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子31功率，控制单元判定需要调节转子31功率时，控制所述调节阀21旋转以使所述转子31与不同粗细的导线22进行串联，从而能够通过将变频驱动器1产生的载波频率远离永磁同步电机3产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
具体而言，所述控制单元判定需要结合频率差值确定是否需要调节转子31功率时，控制单元计算频率第一差值Da，计算完成时，控制单元将频率第一差值Da与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子31功率，控制单元判定需要调节转子31功率时，控制所述调节阀21旋转以使所述转子31与不同粗细的导线22进行串联；
若Da≤D0，所述控制单元判定需要调节转子31功率；
若Da＞D0，所述控制单元判定无需调节转子31功率。
具体而言，本发明通过将频率第一差值Da与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子31功率，控制单元判定需要调节转子31功率时，控制所述调节阀21旋转以使所述转子31与不同粗细的导线22进行串联，从而能够通过将变频驱动器1产生的载波频率远离永磁同步电机3产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
具体而言，所述控制单元判定需要结合频率差值确定是否需要调节转子31功率时,控制单元计算频率第一差值Da，其计算公式如下：
Da=R-P；
式中，R表示变频驱动器1产生的载波频率，P表示永磁同步电机3产生的谐振频率。
具体而言，所述控制单元判定需要结合转子31产生的噪音强度确定是否需要调节转子31功率时，控制单元控制噪音强度检测传感器6对转子31产生的噪音强度进行检测并将测得的噪音强度设置为W,设置完成时，控制单元将噪音强度W与预设噪音强度进行比较以确定频率差值计算参数；
其中，所述控制单元设置有预设噪音强度和频率差值计算参数，所述预设噪音强度包括第一预设噪音强度W1，第二预设噪音强度W2和第三预设噪音强度W3，其中，W1＜W2＜W3；所述频率差值计算参数包括频率差值第一计算参数K1，频率差值第二计算参数K2，频率差值第三计算参数K3和频率差值第四计算参数K4，其中，所述各计算参数相互之间不相等且K1+K2+K3+K4=1；
若W＜W1，所述控制单元判定频率差值计算参数为K1；
若W1≤W≤W2，所述控制单元判定频率差值计算参数为K2;
若W2≤W≤W3，所述控制单元判定频率差值计算参数为K3;
若W≥W3，所述控制单元判定频率差值计算参数为K4。
具体而言，本发明通过将噪音强度W与预设噪音强度进行比较以确定频率差值计算参数，进而通过预设公式确定频率第二差值Db，频率差值计算参数旨在将通过噪音强度确定频率第二差值，进而确定转子31功率是否需要调节。
具体而言，所述控制单元确定频率差值计算参数为Ki时，控制单元计算频率第二差值Db，设定Db=（P-R）×Ki，设定i=1,2,3,4，计算完成时，控制单元将频率第二差值Db与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子31功率，控制单元判定需要调节转子31功率时，控制所述调节阀21旋转以使所述转子31与不同粗细的导线22进行串联；
若Db≤D0，所述控制单元判定需要调节转子31功率；
若Db＞D0，所述控制单元判定无需调节转子31功率。
具体而言，本发明通过将频率第二差值Db与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子31功率，控制单元判定需要调节转子31功率时，控制所述调节阀21旋转以使所述转子31与不同粗细的导线22进行串联，从而能够通过将变频驱动器1产生的载波频率远离永磁同步电机3产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
具体而言，所述感应电机改造时，控制所述电压检测仪4对所述变频驱动器1的电压进行检测，所述控制单元将将测得的电压设置为实际电压U，设置完成时，控制单元将实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R；
其中，所述控制单元还设置有预设电压和载波频率调节参数，所述预设电压包括第一预设电压U1，第二预设电压U2和第三预设电压U3，其中，U1＜U2＜U3；所述载波频率调节参数包括载波频率第一调节参数σ1，载波频率第二调节参数σ2，载波频率第三调节参数σ3和载波频率第四调节参数σ4，其中，σ1＞σ2＞σ3＞σ4且σ1+σ2+σ3+σ4=2；
若U＜U1，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[U/（U1-U）]×σ1；
若U1≤U＜U2，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[（U2-U）/（U-U1）]×σ2；
若U2≤U＜U3，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[（U3-U）/（U-U2）]×σ3；
若U≥U3，所述控制单元计算载波频率R，设定R=[（U-U3）/U3]×σ4。
具体而言，本发明通过将实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，从而能够通过将变频驱动器1产生的载波频率远离永磁同步电机3产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
具体而言，所述感应电机改造时，控制所述电容检测仪5对所述永磁同步电机3的电容进行检测，所述控制单元将测得的电容设置为实际电容Q，设置完成时，控制单元将实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P；
其中，所述控制单元还设置有预设电容，包括第一预设电容Q1，第二预设电容Q2和第三预设电容Q3，其中，Q1＜Q2＜Q3；
若Q＜Q1，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=60%×Q×P0；
若Q1≤Q＜Q2，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=70%×Q×P0；
若Q2≤Q＜Q3，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=80%×Q×P0；
若Q≥Q3，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=90%×Q×P0；
式中，P0表示标准谐振频率，通过所述控制单元设置。
具体而言，本发明通过将实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P，从而能够通过将变频驱动器1产生的载波频率远离永磁同步电机3产生的谐振频率，整体***对器件的依赖性降低，显著提高了整体***的稳定性。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，包括：
变频驱动器，用以对感应电机的频率进行调节并驱动永磁同步电机；
导线装置，其与所述变频驱动器连接，其设置有调节阀和N条导线，N≥6，导线设置在导线装置内，所述N条导线彼此之间材质相同但粗细不同，调节阀设置在导线装置外，顺时针旋转调节阀使与转子连接的导线***，逆时针旋转调节阀使与转子连接的导线变细；
永磁同步电机，其与所述导线装置连接，其内设置有转子，用以通过功率调节来对永磁同步电机产生的谐振频率进行调节；
电压检测仪，其与所述变频驱动器连接，用以检测变频驱动器的电压；
电容检测仪，其与所述永磁同步电机连接，用以检测永磁同步电机的电容；
强度检测传感器，其与所述永磁同步电机连接，用以检测转子产生的噪音强度；
控制单元，其与所述变频驱动器、所述导线装置、所述永磁同步电机、所述电压检测仪、所述电容检测仪和所述强度检测传感器连接，用以控制所述感应电机改造时的频率调整过程；
所述感应电机改造时，所述控制单元将变频驱动器产生的载波频率R与永磁同步电机产生的谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子功率，并通过频率第一差值Da、频率第二差值Db和预设频率差值D0进行进一步确定是否需要调节转子功率，若需要调节转子功率，控制调节阀旋转以使转子与不同粗细的导线进行串联以对转子功率进行调节，将变频驱动器的实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R，将永磁同步电机的实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P；
所述实际电压U通过电压检测仪测量得到，所述实际电容Q通过电容检测仪测量得到。
2.根据权利要求1所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述转子功率需要调节时，若Da＜D1，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/2）×N])；
若D1≤Da≤D2，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/3）×N])；
若D2≤Da≤D3，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/4）×N])；
若Da≥D3，则控制单元控制所述调节阀顺时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线***，电阻变小，进而使转子功率变大，设定j=INT([（1/5）×N])；
若Db＜D1，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/3）×N])；
若D1≤Db≤D2，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/4）×N])；
若D2≤Db≤D3，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/5）×N])；
若Db≥D3，则控制单元控制所述调节阀逆时针旋转j个卡位，以使与转子连接的导线变细，电阻变大，进而使转子功率变小，设定j=INT([（1/6）×N])；
其中，Di表示直径第i标准频率差值，设定i=1,2,3；
所述控制单元判定需要结合频率第一差值确定是否需要调节转子功率时,控制单元计算频率第一差值Da，其计算公式如下：
Da=R-P；式中，R表示变频驱动器产生的载波频率，P表示永磁同步电机产生的谐振频率；
所述控制单元判定需要结合转子产生的噪音强度确定是否需要调节转子功率时，控制单元计算频率第二差值Db，设定Db=（P-R）×Ki，设定i=1,2,3,4；其中，Ki为频率差值计算参数。
3.根据权利要求2所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述感应电机改造时，所述控制单元获取所述变频驱动器产生的载波频率并将其设置为R，设置完成时，控制单元获取所述永磁同步电机产生的谐振频率并将其设置为P，设置完成时，控制单元将载波频率R与谐振频率P进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联；
若R＜P，所述控制单元判定需要结合转子产生的噪音强度确定是否需要调节转子功率；
若R=P，所述控制单元判定需要调节转子功率；
若R＞P，所述控制单元判定需要结合频率第一差值确定是否需要调节转子功率。
4.根据权利要求3所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述控制单元判定需要结合频率第一差值确定是否需要调节转子功率时，控制单元计算频率第一差值Da，计算完成时，控制单元将频率第一差值Da与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联；
若Da≤D0，所述控制单元判定需要调节转子功率；
若Da＞D0，所述控制单元判定无需调节转子功率。
5.根据权利要求3所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述控制单元判定需要结合转子产生的噪音强度确定是否需要调节转子功率时，控制单元控制噪音强度检测传感器对转子产生的噪音强度进行检测并将测得的噪音强度设置为W,设置完成时，控制单元将噪音强度W与预设噪音强度进行比较以确定频率差值计算参数；
其中，所述控制单元设置有预设噪音强度和频率差值计算参数，所述预设噪音强度包括第一预设噪音强度W1，第二预设噪音强度W2和第三预设噪音强度W3，其中，W1＜W2＜W3；所述频率差值计算参数包括频率差值第一计算参数K1，频率差值第二计算参数K2，频率差值第三计算参数K3和频率差值第四计算参数K4，其中，所述各计算参数相互之间不相等且K1+K2+K3+K4=1；
若W＜W1，所述控制单元判定频率差值计算参数为K1；
若W1≤W≤W2，所述控制单元判定频率差值计算参数为K2;
若W2≤W≤W3，所述控制单元判定频率差值计算参数为K3;
若W≥W3，所述控制单元判定频率差值计算参数为K4。
6.根据权利要求5所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述控制单元确定频率差值计算参数为Ki时，计算完成时，控制单元将频率第二差值Db与预设频率差值D0进行比较以确定是否需要调节转子功率，控制单元判定需要调节转子功率时，控制所述调节阀旋转以使所述转子与不同粗细的导线进行串联；
若Db≤D0，所述控制单元判定需要调节转子功率；
若Db＞D0，所述控制单元判定无需调节转子功率。
7.根据权利要求6所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述感应电机改造时，控制所述电压检测仪对所述变频驱动器的电压进行检测，所述控制单元将将测得的电压设置为实际电压U，设置完成时，控制单元将实际电压U与预设电压进行比较以确定载波频率R；
其中，所述控制单元还设置有预设电压和载波频率调节参数，所述预设电压包括第一预设电压U1，第二预设电压U2和第三预设电压U3，其中，U1＜U2＜U3；所述载波频率调节参数包括载波频率第一调节参数σ1，载波频率第二调节参数σ2，载波频率第三调节参数σ3和载波频率第四调节参数σ4，其中，σ1＞σ2＞σ3＞σ4且σ1+σ2+σ3+σ4=2；
若U＜U1，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[U/（U1-U）]×σ1；
若U1≤U＜U2，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[（U2-U）/（U-U1）]×σ2；
若U2≤U＜U3，所述控制单元计算载波频率R，设定R=U×[（U3-U）/（U-U2）]×σ3；
若U≥U3，所述控制单元计算载波频率R，设定R=[（U-U3）/U3]×σ4。
8.根据权利要求7所述的感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，所述感应电机改造时，控制所述电容检测仪对所述永磁同步电机的电容进行检测，所述控制单元将测得的电容设置为实际电容Q，设置完成时，控制单元将实际电容Q与预设电容进行比较以确定谐振频率P；
其中，所述控制单元还设置有预设电容，包括第一预设电容Q1，第二预设电容Q2和第三预设电容Q3，其中，Q1＜Q2＜Q3；
若Q＜Q1，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=60%×Q×P0；
若Q1≤Q＜Q2，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=70%×Q×P0；
若Q2≤Q＜Q3，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=80%×Q×P0；
若Q≥Q3，所述控制单元计算谐振频率P，设定P=90%×Q×P0；
式中，P0表示标准谐振频率，通过所述控制单元设置。
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Effective date of registration: 20210825

Address after: 163000 Room 101, gate 1, No. 5-4, Yueyuan community, Xincheng North Street, Ranghulu District, Daqing City, Heilongjiang Province

Applicant after: Jiang Hongtao

Address before: 163000 jiutun, Qixin village, Huayuan Town, Lindian County, Daqing City, Heilongjiang Province

Applicant before: HEILONGJIANG RUIXIN PERMANENT MAGNET MOTOR MANUFACTURING Co.,Ltd.

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Application publication date: 20210706

Assignee: Daqing Oilfield Petroleum Special Equipment Co.,Ltd.

Assignor: Jiang Hongtao

Contract record no.: X2022230000006

Denomination of invention: A driving device of permanent magnet synchronous motor modified by induction motor

Granted publication date: 20211015

License type: Common License

Record date: 20220117