Устройство для измерения параметров вращения ротора электродвигателя

 

Изобретение относится к роторному бурению скважины и позволяют определить степень износа вооружения долота. Два сето трансформатора (Т) 1 и 2 тока включены в цепь статора синхронного электродвигателя (ЭД) 3. Вторичные обмотки (ВО) обоих Т 1 и 2 тока соединены с первичными обмотками первого 6 и второго 7 Т напряжения. Для получения информации об угле выбега ротора ЭД 3 э сумматоре 8 сигнал с выхода генератора 9 высокой частоты модулируется по амплитуде сигналом возбудителя 21. Сигнал с второй ВО первого Т 6 через первый фильтр 10, однополупериодный выпрямитель 12 и второй фильтр 13 поступает на первый вход фазового детектора 16. Он имеет информацию о положении ротора ЭД 3. Сигнал с второй ВО второго Т 7 через третий фильтр 14 и звено 15 фазовой коррекции поступает на второй вход детектора 16. Он несет информацию об угловом положении ротора ЭД 3. Сигнал на выходе детектора 16 пропорционален углу выбега ЭД 3. Сигналы 6. с 00 со 00 П21 фиг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 45/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! I

Pgvg "1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4757583/03 (22) 09.11.89 (46) 15.10.91. Бюл, М 38 (71) Научно-исследовательский и проектноконструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа (72) К,Е.Панченко, В.Т.Загоруйко и B.Â.Äóá- ровский (53) 622.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 876971, кл. Е 21 В 44/00, 1978.

Патент США й. 3909688, кл. 378-227, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к роторному бурению скважины и позволяют определить степень износа вооружения долота. Два

camo Ы 1684488 А1 трансформатора (Т) 1 и 2 тока включены в цепь статора синхронного злектродвигателя (ЭД) 3. Вторичные обмотки (B0) обоих Т

1 и 2 тока соединены с первичными обмотками первого 6 и второго 7 Т напряжения.

Для получения информации об угле выбега ротора ЭД 3 в сумматоре 8 сигнал с выхода генератора 9 высокой частоты модулируется по амплитуде сигналом возбудителя 21. Сигнал с второй BO первого Т 6 через первый фильтр 10, однополупериодный выпрямитель 12 и второй фильтр 13 поступает на первый вход фазового детектора 16. Он имеет информацию о положении ротора ЭД 3.

Сигнал с второй ВО второго Т7 через третий фильтр 14 и звено 15 фазовой коррекции поступает на второй вход детектора 16, Он несет информацию об угловом положении ротора ЭД 3. Сигнал на выходе детектора 16 пропорционален углу выбега ЭД 3. Сигналы

1684488 с первых и третьих RO обоих Т 6 и 7 поступают на входы измерителя 17 коэффициента несимметрии сети, В умножителе 18. происходит перемножение сигналов с блоков 16 и

17. Сигнал на выходе умножителя 18 пропорционален моменту на валу ЭД 3 и постуИзобретение относится к роторному бурению скважин и может быть использовано для определения эффективной отработки шарошечных долот до эаклинки опор шарошек при опережающем износе вооружения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы его работы, Устройство для определения отработки долот содержит два трансформатора 1 и 2 тока, включенные в цепь статора синхронного электродвигателя 3, вторичные обмотки которых нагружены на резисторы 4 и 5, два трансформатора 6 и 7 напряжения, сумматор 8, генератор 9 высокой частоты, первый фильтр 10, двухполупериодный выпрямитель 11, однополупериодный выпрямитель 12, второй 13 и третий 14 фильт. ры, звено 15 фазовой коррекции, фазовый детектор 16, измеритель 17 коэффициента несимметрии сети, умножитель 18, делитель 19, датчик 20 механической скорости проходки и возбудитель 21.

Устройство работает следующим образом, Генератор 9 высокой частоты вырабатывает сигнал, частота которого на два порядка выше частоты питающей электродвигатель сети, Сигнал с выхода генератора

9 через сумматор 8 поступает на обмотку возбуждения синхронного электродвигателя 3 вместе с сигналом возбуждения, вырабатываемым возбудителем 21. Напряжение высокой частоты, трансформированное из обмотки возбуждения электродвигателя 3 с сгаторные обмотки, оказывается промодулированным по амплитуде. Трансформированное в статор электродвигателя промодулированное по амплитуде напряжение прикладывается к внутреннему сопротивлению питающей электродвигатель сети. При этом в первичных обмотках трансформаторов 1 и 2 тока кроме фазовых токов, потребляемых электродвигателем 3, присутствуют и высокочастотные промодулированные по амплитуде токи, несущие информацию об угле выбега ротора синх5

45 пает на первый вход делителя 19, На его второй вход подается сигнал с датчика 20 механической скорости проходки, Выходной сигнал делителя 19 характеризует степень износа вооружения шарошечного долота. 2 ил, ронного электродвигателя, Эти токи меньше фазных токов на три-четыре порядка.

Зависимость между углом О выбега ротора и моментом M на валу синхронного электродвигателя имеет вид

v=<0, (1) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

На вход первого фильтра 10 поступает сигнал с первого трансформатора 1 тока через первый трансформатор 6 напряжения.

Первый фильтр 10 выделяет промодулированную по амплитуде высокочастотную составляющую тока. Форма выделенного сигнала приведена на фиг, 2 (U>). Указанное напряжение детектируется однополупериодным выпрямителем 12 (Ug) и первая гармоника выпрямленного напряжения частотой 100 Гц выделяется вторым фильтром 13 (U ), Этот сигнал несет информацию об условии положения ротора электродвигателя 3.

На вход двухполупериодного выпрямителя 11 поступает напряжение, пропорциональное фазному току, снимаемому с второго трансформатора 2 тока через второй трансформатор 7 напряжения (Ог). При этом вторые вторичные обмотки трансформаторов 6 и 7 напряжения включены на входы первого фильтра 10 и двухполупериодного выпрямителя 11 в противофазе. Такое включение указанных обмоток трансформаторов приводит к тому. что, если по каким-либо причинам изменяется угол сдвига фаз между напряжением и током двигателя 3, фазы напряжений на выходах первого фильтра 10 и двухполупериодного выпрямителя 11 изменяютея так, что сдвиг фаз между огибающей Bblco o÷dñготного напряжения на выходе фильтра 10 и напряжением на выходе двухполупериодного выпрямителя 11 остается постоянным и зависит лишь от углового положения ротора электрической машины 3.

На выходе двухполупериодного выпрямителя 11 действует пульсирующее напряжение (Од), пропорциональное фазному току электродвигателя 3. Первая гармоника этого напряжения частотой 100 Гц выделя(2) ется третьим фильтром 14 (Ue) и через звено

15 фаэовой коррекции (0Ж) поступает на второй вход фазового детектора 16. Фазовый сдвиг звена 15 фазовой коррекции (pcppp.) устанавливается таким, чтобы на холостом ходу напряжение на выходе фазового детектора 16 было равно нулю. Таким образом, на выходе фазового детектора 16 действует сигнал, пропорциональный углу выбега ротора электрической машины 3.

На входы измерителя 17 коэффициента несимметрии сети с трансформаторов 6 и 7 напряжения поступают сигналы, пропорциональные токам в фаэных обмотках электродвигателя 3. Причем ток третьей фазы получают путем суммирования с последующей инверсией оков первых двух фаз электродвигателя, которое получено соответствующим включением третьих вторичных обмоток трансформаторов 6 и 7. На выходе измерителей 17 коэффициента несимметрии сети получают напряжение, равное где Unp — напряжение. пропорциональное прямой симметричной составляющей тока электродвигателя;

U

Умножитель 18 перемножает сигналы, приходящие с выхода измерителя 17 коэффициента несимметрии сети и выхода фазового детектора 16. При этом осуществляется компенсация погрешности определения момента на валу синхронного электродвигателя, вызванной как несимметрией питающей электродвигатель сети, так и несимметрией самой электрической машины.

Выход умножителя 18 является первым выходом устройства. С него снимают информацию о величине текущего момента на роторе буровой установки.

Напряжение с выхода умножителя 18, пропорциональное крутящему моменту на роторе, поступает на первый вход делителя

19. На второй вход делителя поступает сигнал, пропорциональный механической скорости проходки с датчика 20 механической скорости проходки. В делителе 19 производится операция деления сигнала, пропорционального крутящему моменту М на роторе, на сигнал, пропорциональный механической скорости проходки

Kp= —, M

V (3) t0

55 где Vp -- критерий износа вооружения депо та.

Выход делителя 19 является В3орыи вы ходом устройства. Сигнал с выхода де1и>» ля 19 определяет момен эффективной огработки долота.

Устройство дает возможность наряду с критерием, по которому определяют степень износа долота, контролировать момент на роторе буровой установки, что позволяет наряду с сптимальиой отработкой долот поддерживать оптимальный рс жим работы бурильного инструмента и предупреждать осложнения, сопровождающиеся увеличением крутящего момента, Данное устройство может быть использовано в системах автомагичеcvoãî управления процессом бурения.

Фо рмула изобретения

Устройство для измерения гараметров вращ ния ротора электродви-ателя, сод»ржащее два трансформатора напряжения, три фильтра, звено фазовой коррекции. фазовый детектор, умножитель, делитель и датчик механической скорости проходки, а также генератор высокой IBGToòè и возбудитель, выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, выход сумматора соединен с обмоткой возбуждения синхронного электродвигателя, о т л ич а ю щ E е с я тем, что. с целью расширения функциональных возможностей, устройство снабжено двумя трансформаторами тока, однополупериодным выпрямителем, двухполупериодным выпрямителем и измерителем коэффициента несимметрии сети, при этол. вторичные обмотки трансформаторов тока, включенных в цепь статора синхронного электродвигателя, нагружены на соответствующие резисторы и соединены с первичныл1и обмотками первого и второго трансформаторов напряжения соответственно, которые содержа-, по три вторичных обмотки, йачало первой вторичной обмотки первого трансформатора подключено к первому входу измерителя коэффициента несимметрии, выход которого соединен с первым входом умножителя, начало второй вторичной обмотки первого трансформатора напряжения подключено к первому входу первого фильтра, выход которого через однополупериодный выпрямитель и второй фильтр соединен с первым входом фазового детектора, конец второй вторичной обмотки второго трансформатора напряжения подключен к первому входу двухполупериодного выпрямителя, вь,ход которого через третий фильтр и звено 1азовой коррекции соединен с вторым вхопом фазового детектора, конец первой и второй и начало

1684488 и8

Це,ж

Составитель В.Шилов

Редактор М.Кобылянская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Шевкун

Заказ 3493 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 третьей вторичных обмоток первого, а также начало второй и конец первой вторичных обмоток второго трансформатора напряжения соединены между собой и подключены к вторым входам первого фильтра и двухполупериодного выпрямителя, конец третьей вторичной обмотки первого трансформатора напряжения соединен с началом третьей вторичной обмотки второго трансформатора напряжения, конец которой подключен к второму входу измерителя коэффициента несимметрии сети, начало первой вторичной обмотки второго трансформатора напряжения соединено с третьим входом измерителя

5 коэффициента несимметрии сети, причем выход фазового детектора соединен с вторым входом умножителя, выход которого подключен к первому входу делителя, а выход датчика механической скорости проходки

10 соединен с вторым входом делителя.