一种深井泵电力载波通信装置的制作方法

1.本实用新型属于电子技术领域，涉及一种深井泵电力载波通信装置。


背景技术：

2.深井泵的最大特点是将电动机和泵制成一体，它是浸入地下水井中进行抽吸和输送水的一种泵，被广泛应用于农田排灌、工矿企业、城市给排水和污水处理等。把地下水抽到地表时就需要使用特殊的深井泵，以前的深井泵采用定频技术，水泵电机的转速因受电网频率限制一般比较低，导致水泵功率密度较低水泵体积重量都很大。
3.在引入变频技术后，可对水泵电机运行转速进行实时调速，而且最高速度不再受限于电网频率，实现远高于常规水泵的运行转速。但这种变频水泵需要专门的变频器对其进行实时驱动控制，用户通过变频器人机界面输出可实时了解水泵运行的状态信息，如转速、电压、电流、功率、故障等，并可通过变频器调整控制水泵的运行状态，如起停控制、调节转速、设定运行控制参数等。另外变频器会发热，比较经济科学的方式是把变频器内置到水泵里面，和水泵一起放到地下深井，充分利用水井中的水对变频器进行水冷散热。由于变频器内置在水底下的水泵里，用户很难获取变频器运行信息并对其进行监控。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种深井泵电力载波通信装置，其所要解决的技术问题是：如何使用户对地下深井中的水泵进行实时监控。
5.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种深井泵电力载波通信装置，所述深井泵包括变频器以及与变频器连接的变频电机，该深井泵电力载波通信装置包括供电电缆以及与供电电缆连接的地面电力载波模块和井下电力载波模块，所述变频器与供电电缆连接，所述井下电力载波模块的供电端连接有用于为井下电力载波模块提供直流低电压的隔离开关电源，所述隔离开关电源与变频器连接，所述变频器与井下电力载波模块进行通讯连接。
6.工作原理：深井泵在井下工作时，由供电电缆提供工作电能，变频器得电后，由变频器控制变频电机的运行状态，包括启停控制、调节转速、设定运行控制参数等，变频器在工作时，通过信号光耦隔离电路将变频器的运行信息进行信号抗干扰处理后，输送给井下电力载波模块。井下电力载波模块由隔离开关电源提供工作电能，井下电力载波模块开始得电工作进而将变频器输送的运行信息通过供电电缆输送给地面电力载波模块，使得用户在井外也能实时对地下深井中的水泵进行实时监控，解决了由于变频器内置在水底下的水泵里，用户难以对变频器运行信息进行远距离稳定数据通信的问题。
7.在上述的深井泵电力载波通信装置中，所述变频器包括整流电路、变频器控制单元、电容c3、电抗器l以及与变频电机连接的igbt逆变电路，所述整流电路的输入端与供电电缆连接，所述整流电路的正输出端与电抗器l的一端连接，电抗器l的另一端分别连接电容c3的一端、变频器控制单元的vcc2端和igbt逆变电路，所述整流电路的负输出端连接
igbt逆变电路和电容c3的另一端，所述变频器控制单元与井下电力载波模块连接。
8.在上述的深井泵电力载波通信装置中，该深井泵电力载波通信装置还包括信号光耦隔离电路，所述变频器控制单元与井下电力载波模块之间通过信号光耦隔离电路进行通讯连接。信号光耦隔离电路的设置，能够消除变频器工作时产生的共模干扰和差模干扰，进而将稳定的数据传输给井下电力载波模块。
9.在上述的深井泵电力载波通信装置中，所述信号光耦隔离电路包括光耦合器u1、光耦合器u2、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4，光耦合器u1的1脚与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与井下电力载波模块的vcc1端连接，光耦合器u1的2脚与井下电力载波模块的串口发送端连接，光耦合器u1的3脚接地，光耦合器u1的4脚分别连接电阻r1的一端和变频器控制单元的串口接收端，电阻r1的另一端与变频器控制单元的vcc2端连接，光耦合器u2的1脚与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与变频器控制单元的vcc2端连接，光耦合器u2的2脚与变频器控制单元的串口发送端连接，光耦合器u2的3脚接地，光耦合器u2的4脚分别连接电阻r3的一端和井下电力载波模块的串口接收端，电阻r3的另一端与井下电力载波模块的vcc1端连接。光耦合器u1和光耦合器u2的设置，能够在变频器控制单元与井下电力载波模块进行通信时，消除变频器工作时产生的共模干扰和差模干扰，实现了信号的稳定传输。
10.在上述的深井泵电力载波通信装置中，所述隔离开关电源包括隔离开关控制器u3、由四个二极管组成的整流模块、电容c
bus
、隔离变压器t、二极管d0、电容c0、电感lf、电容cf、mos管q1、电阻r
cs
和电压反馈电路，整流模块的输入端与变频器中整流电路的输入端连接，整流模块的正输出端分别连接电容c
bus
的正极和隔离变压器t的1脚，所述整流模块的正输出端与隔离变压器t的2脚之间连接有缓冲电路，电容c
bus
的负极接地，隔离变压器t的5脚与二极管d0的正极连接，二极管d0的负极分别连接电容c0的正极和电感lf的一端，电感lf的另一端分别连接电容cf的正极和引出直流稳压输出端正极用以与井下电力载波模块的vcc1端连接，隔离变压器t的6脚、电容c0的负极和电容cf的负极相连后引出直流稳压输出端负极，隔离变压器t的3脚依次串联连接二极管d
vcc
、电阻r
vcc
后与隔离开关控制器u3的vcc端连接，电阻r
vcc
与隔离开关控制器u3的vcc端的连接点还连接电容c
vcc
后接地，mos管q1的g极与隔离开关控制器u3的pwm端连接，电阻r
cs
的一端分别连接隔离开关控制器u3的电流反馈端和mos管q1的s极，mos管q1的d极与隔离变压器t的3脚连接，隔离开关控制器u3的电压反馈端与电压反馈电路连接，电压反馈电路与电感lf连接。整流模块与变频器的输入端连接，即整流模块与供电电缆连接，用于将供电电缆的交流电转换为直流电，之后通过电容c
bus
进行滤波后输送给隔离变压器t，通过隔离变压器t进行降压处理后，再由二极管d0、电容c0、电感lf和电容cf进行整流滤波后输出直流电，用以为井下电力载波模块提供电能。
11.在上述的深井泵电力载波通信装置中，所述隔离开关电源包括隔离开关控制器u3、电容c
bus
、隔离变压器t、二极管d0、电容c0、电感lf、电容cf、mos管q1、电阻r
cs
和电压反馈电路，电容c
bus
的正极分别连接变频器中电抗器l的另一端和隔离变压器t的1脚，电容c
bus
的正极与隔离变压器t的2脚之间连接有缓冲电路，电容c
bus
的负极接地，隔离变压器t的5脚与二极管d0的正极连接，二极管d0的负极分别连接电容c0的正极和电感lf的一端，电感lf的另一端分别连接电容cf的正极和引出直流稳压输出端正极用以与井下电力载波模块的vcc1端连接，隔离变压器t的6脚、电容c0的负极和电容cf的负极相连后引出直流稳压输出端负
极，隔离变压器t的3脚依次串联连接二极管d
vcc
、电阻r
vcc
后与隔离开关控制器u3的vcc端连接，电阻r
vcc
与隔离开关控制器u3的vcc端的连接点还连接电容c
vcc
后接地，mos管q1的g极与隔离开关控制器u3的pwm端连接，电阻r
cs
的一端分别连接隔离开关控制器u3的电流反馈端和mos管q1的s极，mos管q1的d极与隔离变压器t的3脚连接，隔离开关控制器u3的电压反馈端与电压反馈电路连接，电压反馈电路与电感lf连接。
12.在上述的深井泵电力载波通信装置中，所述电压反馈电路包括光耦合器u4、稳压二极管zd、电容c1、电容c2、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电阻r9，光耦合器u4的4脚与隔离开关控制器u3的电压反馈端连接，光耦合器u4的3脚接地，光耦合器u4的1脚通过电阻r9与电感lf的一端连接，光耦合器u4的2脚分别连接电容c1的一端、电阻r6的一端、电阻r7的一端和稳压二极管zd的负极，电阻r6的另一端与电容c1的另一端连接后与电容c2的一端连接，电容c2的另一端分别连接电阻r5的一端和电阻r8的一端，电阻r5的另一端和稳压二极管zd的正极与直接稳压输出端负极连接，电阻r7的另一端与电感lf的一端连接，电阻r8的另一端与直接稳压输出端正极连接，稳压二极管zd的控制端与电阻r5的一端连接。
13.与现有技术相比，本深井泵电力载波通信装置具有以下优点：
14.1、本实用新型能够通过供电电缆建立井外与井下数据的实时交互，实现了井外用户对地下深井中水泵运行信息的实时监控。
15.2、本实用新型在信号光耦隔离电路的作用下，实现了变频器运行信息的远距离稳定通讯，提高了数据传输的可靠性。
附图说明
16.图1是本实用新型实施例一的电路示意图。
17.图2是本实用新型实施例二的电路示意图。
18.图3是本实用新型实施例一中隔离开关电源的电路示意图。
19.图4是本实用新型实施例二中隔离开关电源的电路示意图。
20.图中，1、变频器；11、整流电路；12、变频器控制单元；13、igbt逆变电路；2、变频电机；3、供电电缆；4、地面电力载波模块；5、井下电力载波模块；6、隔离开关电源；61、整流模块；62、电压反馈电路；63、缓冲电路；7、信号光耦隔离电路。
具体实施方式
21.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
22.实施例一：
23.如图1所示，深井泵包括变频器1以及与变频器1连接的变频电机2，本深井泵电力载波通信装置包括供电电缆3、地面电力载波模块4、井下电力载波模块5、隔离开关电源6和信号光耦隔离电路7，其中，地面电力载波模块4通过供电电缆3与井下电力载波模块5进行远距离数据通讯，解决了现有技术中井外用户无法实施监控深井中水泵工作情况的问题。
24.具体地，变频器1包括整流电路11、变频器控制单元12、电容c3、电抗器l以及与变频电机2连接的igbt逆变电路13，整流电路11的输入端与供电电缆3连接，整流电路11的正输出端与电抗器l的一端连接，电抗器l的另一端分别连接电容c3的一端、变频器控制单元
12的vcc2端和igbt逆变电路13，整流电路11的负输出端连接igbt逆变电路13和电容c3的另一端，变频器控制单元12通过信号光耦隔离电路7与井下电力载波模块5连接。
25.信号光耦隔离电路7包括光耦合器u1、光耦合器u2、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4，光耦合器u1的1脚与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与井下电力载波模块5的vcc1端连接，光耦合器u1的2脚与井下电力载波模块5的串口发送端连接，光耦合器u1的3脚接地，光耦合器u1的4脚分别连接电阻r1的一端和变频器控制单元12的串口接收端，电阻r1的另一端与变频器控制单元12的vcc2端连接，光耦合器u2的1脚与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与变频器控制单元12的vcc2端连接，光耦合器u2的2脚与变频器控制单元12的串口发送端连接，光耦合器u2的3脚接地，光耦合器u2的4脚分别连接电阻r3的一端和井下电力载波模块5的串口接收端，电阻r3的另一端与井下电力载波模块5的vcc1端连接。
26.如图3所示，隔离开关电源6包括隔离开关控制器u3、由四个二极管组成的整流模块61、电容c
bus
、隔离变压器t、二极管d0、电容c0、电感lf、电容cf、mos管q1、电阻r
cs
和电压反馈电路62，整流模块61的输入端与变频器1中整流电路11的输入端连接，整流模块61的正输出端分别连接电容c
bus
的正极和隔离变压器t的1脚，整流模块61的正输出端与隔离变压器t的2脚之间连接有缓冲电路63，电容c
bus
的负极接地，隔离变压器t的5脚与二极管d0的正极连接，二极管d0的负极分别连接电容c0的正极和电感lf的一端，电感lf的另一端分别连接电容cf的正极和引出直流稳压输出端正极用以与井下电力载波模块5的vcc1端连接，隔离变压器t的6脚、电容c0的负极和电容cf的负极相连后引出直流稳压输出端负极，隔离变压器t的3脚依次串联连接二极管d
vcc
、电阻r
vcc
后与隔离开关控制器u3的vcc端连接，电阻r
vcc
与隔离开关控制器u3的vcc端的连接点还连接电容c
vcc
后接地，mos管q1的g极与隔离开关控制器u3的pwm端连接，电阻r
cs
的一端分别连接隔离开关控制器u3的电流反馈端和mos管q1的s极，mos管q1的d极与隔离变压器t的3脚连接，隔离开关控制器u3的电压反馈端与电压反馈电路62连接，电压反馈电路62与电感lf连接。
27.电压反馈电路62包括光耦合器u4、稳压二极管zd、电容c1、电容c2、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电阻r9，光耦合器u4的4脚与隔离开关控制器u3的电压反馈端连接，光耦合器u4的3脚接地，光耦合器u4的1脚通过电阻r9与电感lf的一端连接，光耦合器u4的2脚分别连接电容c1的一端、电阻r6的一端、电阻r7的一端和稳压二极管zd的负极，电阻r6的另一端与电容c1的另一端连接后与电容c2的一端连接，电容c2的另一端分别连接电阻r5的一端和电阻r8的一端，电阻r5的另一端和稳压二极管zd的正极与直接稳压输出端负极连接，电阻r7的另一端与电感lf的一端连接，电阻r8的另一端与直接稳压输出端正极连接，稳压二极管zd的控制端与电阻r5的一端连接。
28.深井泵在井下工作时，由供电电缆3提供工作电能，变频器1得电后，由变频器1控制变频电机2的运行状态，包括启停控制、调节转速、设定运行控制参数等，变频器1在工作时，变频器控制单元12将变频器1的运行信息通过信号光耦隔离电路7进行信号抗干扰处理后输送给井下电力载波模块5，其中，信号光耦隔离电路7的设置，能够消除变频器1工作时产生的共模干扰和差模干扰，进而将稳定的数据传输给井下电力载波模块5，与此同时，通过隔离开关电源6将供电电缆3的三相电进行整流、滤波和降压处理后，输出直流稳压电能给井下电力载波模块5，井下电力载波模块5开始得电工作后，由井下电力载波模块5将变频器控制单元12输送的运行信息通过供电电缆3传输给地面电力载波模块4，使用户通过地面
电力载波模块4能够实时监控到深井泵的工作情况，解决了由于变频器1内置在水底下的水泵里，用户难以对变频器1运行信息进行远距离稳定数据通信的问题。
29.实施例二：
30.如图2所示，本实施例中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，隔离开关电源6与变频器1中电抗器l的另一端连接，如图4所示，隔离开关电源6包括隔离开关控制器u3、电容c
bus
、隔离变压器t、二极管d0、电容c0、电感lf、电容cf、mos管q1、电阻r
cs
和电压反馈电路62，电容c
bus
的正极分别连接变频器1中电抗器l的另一端和隔离变压器t的1脚，电容c
bus
的正极与隔离变压器t的2脚之间连接有缓冲电路63，电容c
bus
的负极接地，隔离变压器t的5脚与二极管d0的正极连接，二极管d0的负极分别连接电容c0的正极和电感lf的一端，电感lf的另一端分别连接电容cf的正极和引出直流稳压输出端正极用以与井下电力载波模块5的vcc1端连接，隔离变压器t的6脚、电容c0的负极和电容cf的负极相连后引出直流稳压输出端负极，隔离变压器t的3脚依次串联连接二极管d
vcc
、电阻r
vcc
后与隔离开关控制器u3的vcc端连接，电阻r
vcc
与隔离开关控制器u3的vcc端的连接点还连接电容c
vcc
后接地，mos管q1的g极与隔离开关控制器u3的pwm端连接，电阻r
cs
的一端分别连接隔离开关控制器u3的电流反馈端和mos管q1的s极，mos管q1的d极与隔离变压器t的3脚连接，隔离开关控制器u3的电压反馈端与电压反馈电路62连接，电压反馈电路62与电感lf连接。
31.电压反馈电路62包括光耦合器u4、稳压二极管zd、电容c1、电容c2、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8和电阻r9，光耦合器u4的4脚与隔离开关控制器u3的电压反馈端连接，光耦合器u4的3脚接地，光耦合器u4的1脚通过电阻r9与电感lf的一端连接，光耦合器u4的2脚分别连接电容c1的一端、电阻r6的一端、电阻r7的一端和稳压二极管zd的负极，电阻r6的另一端与电容c1的另一端连接后与电容c2的一端连接，电容c2的另一端分别连接电阻r5的一端和电阻r8的一端，电阻r5的另一端和稳压二极管zd的正极与直接稳压输出端负极连接，电阻r7的另一端与电感lf的一端连接，电阻r8的另一端与直接稳压输出端正极连接，稳压二极管zd的控制端与电阻r5的一端连接。
32.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。