Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки

 

Сущность изобретения: определяют потери холостого хода электропривода установки в виде активной Рхх и реактивной QXx мощностей, а на рабочем режиме работы установки измеряют активную Ра и реактивную Q мощности и коэффициент а несимметрии питающей цепи, при этом величину М крутящего момента определяют из выражения М а(Рхх Ра + Qxx Q) (Ра-Рхх) / Pxx(Pa+Q) + Qxx(Q-Pa) (1-а), где a - коэффициент , постоянный для данного типа электропривода . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4783244/10 (22) 31.10.89 (46) 07.09.92. Бюл. М 33 (71) Научно-исследовательский и проектноконструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа (72) В. Т. Загоруйко, К. Е. Панченко и А. И.

Яценко (56) 1. Заявка Японии

М 62-9242, кл. 6 01 1 5/00, 1987, 2. Авторское свидетельство СССР

N- 876971, кл. Е 21 В 44/00, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

М 1377630, кл. G 01 L 3/10, 1986.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крувтящего момента на роторе буровой установки нефтяных и газовых скважин, Известен способ определения крутящего момента, согласно которому производят измерение момента на валу асинхронного короткоэамкнутого электродвигателя путем его вычисления по значению напряжения и тока и параметрам электродвигателя (11.

Недостатком данного способа является то, что для вычисления момента на валу электродвигателя необходимо знать значение активных и реактивных сопротивлений статора и реакгивных сопротивлений статора и ротора, которые различны даже для одной марки каждого электродвигателя.

Кроме того, эти параметры изменяются в процессе работы электродвигателя в зависимости от температуры, Все это приводит к невысокой точности измерения.. Ж 17о9398 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТЯЩЕГО

МОМЕНТА HA РОТОРЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ (57) Сущность изобретения: определяют потери холостого хода электропривода установки в виде активной Рхх и реактивной 0хх мощностей, а на рабочем режиме работы установки измеряют активную Ра и реактивную 0 мощности и коэффициент а несимметрии питающей цепи, при этом величину

M крутящего момента определяют из выражения М = а((Рхх Ра + 0хxIQ) {Ра Рхх) /

Р„„(Р,+О) + 0„(0-Pa)) {1- а), где а — коэффициент, постоянный для данного типа электропривода. 3 ил.

Известен способ измерения момента погружного электродвигателя, в котором измерение момента производят по величине механической скорости проходки (2), Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная необходимостью вводить коэффициенты, учитывающие потери в токопроводе и двигателе, величина которых изменяется, соответственно от длины токопровода и температуры работающего двигателя. Кроме того, при моментах, близких к максимальному, для любого типа электродвигателя линейная зависимость между активной мощностью, оборотами и моментом нарушается из-за перераспределения активных и реактивных мощностей в электродвигателе, что приводит к дополнительной погрешности измере ния момента.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является техническое решение на способ определения крутящего момента на роторе буровой установки. Со1760398

Рполн= 7 Я +я2

tgp =—

Q (2) ние крутящего момент а на роторе буровой установки по напряжениям и током, действующим в роторной цепи приводного асинхронного электродвигателя с фазным ротором с учетом передаточного отношения коробки передач(3).

Недостаткам этого способ являются невозможность его использования для измерения момента асинхронных короткозамкнутых двигателей, используемых, например, в электробурах установок нефтяных и газовых скважин, а также низкая точность измерения, обусловленная тем, что при моментах, близких к максимальному, линейная зависимость между активной мощностью, оборотами и моментом нарушается из-за перерасчпределения активных и реактивных мощностей в электродвигателе, что приводит к дополнительной погрешности измерения момента.

Целью изобретения является повышение точности.

Цель достигается тем, что по способу определения крутящего момента на роторе буровой установки определяют потери холостого хода электропривода установки, а на рабочем режиме работы установки измеряют активную мощность Р,, потрубляемую электроприводом, и коэффициент и несимметрии питающей сети, дополнительно на рабочем режиме измеряют реактивную мощность Q, потребляемую электроприводом, а потери холостого хода находят путем измерения в режиме холостого хода активной Рхх и реактивной Охх мощности, при этом величину М крувтящего момента определяют из выражения (рхх pa+Qxx Q ра Рхх

М-а

РР„„Qa+Q +Qxx Q — Р где а — коэффициент, постоянный для данного типа электропривода.

Существенным отличием предлагаемого способа является то, что для определения крутящего момента на роторе буровой установки исключается необходимость измерения активных и реактивных сопротивлени и электропривода, а также потерь в токопроводе, что в значительной степени уменьшает погрешность и повышает точность измерения.

Экономический эффект от использования предлагаемого способа составляет порядка 60 тыс. руб. в год за счет упрощения изготовления и эксплуатации увстройства, реализующего предлагаемый способ, а также за счет повышения точности измерения, На фиг. 1 приведан функциональная схема устройства, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 7 приведен труугольник мощностей; на фиг. 3 приведан Г-образная схема замещения асинхронного электродвигателя и токопровода.

Устройство содержит датчик 1 нап ряжения, датчики 2 и 3 тока, включенные в цепь электрической машины 4, измерители 5 и-6 прямой и обратной симметричнных напряжения сети, измерители 7 и 8 активной и реактивной мощностей, формирователь 9, устройство 10 ввода, пульт 11 управления, микроконтроллер 12 и индикатор 13

Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя в сеть сигналы с датчика 1 напряжения поступают на измерители прямой 5 и обратной 6 симметричных составляющих напряжения, формирователь 9, измерители активной 7 и реактивной 8 мощностей, на которые поступают также сигналы с датчиков 2 и 3 тока.

Двигатель начинает работать на холостом ходу. На первом выходе формирователя 9 появляется сигнал высокого уровня, свидетельствующий о включении электродвигателя и работе его на холостом ходу. При этом значение активной и реактивной мощностей холостого хода заносятся в память микроконтроллера 12, после чего микроконтроллер воздействует через устройство 10 ввода на формирователь 9, снимает на его первом выходе напряжение высокого уровня, На втором выходе формирователя 9 поддерживается сигнал высокого уровня, свидельствующий о том, что на электродвигатель подано напряжение. Далее микроконтроллер 12 через устройство

10 ввода опрашивает измерители 5 и 6 прямой и обратной симметричных составляющих, измерители 7 и 8 активной и реактивной мощностей и формирователь 9 и по соответствующей программе управления производит вычисления значения момента согласно выражениям, приведенным ниже.

Известно, что полная, активная и реактивная мощности связаны между собой тренугольником мощностей, приведанным на фиг. 2 (см. например, общая электротехника с основами электроники. В, А, Гаврилюк и др.,; Вища школа, 1989, с. 92, 93). где Рлолн — полная мощность. р — угол сдвига фаз между током и напряжением на зажимах устройства, при этом

1760398

R//S (7) СО$уя 2

xg и= S —.

XJ

Rj (8)

Таким образом, суммарный сдвиг фаз нагруженной электромашины равен

P= P1 PZ (9)

С учетом того, что

Из рассмотрения Г-образной схемы замещения асинхронного электродвигателя и токоподвода, приведенной на фиг. 3, находим, что полное сопротивление электродвигателя равно 5 (Во+> Хо)(R1+ —, +1(X1+Xj)

RJ

Е-(Кт +)Хт) +—

Rp+R1+ —, + (Х. +Х1+Х1)

R где Вт, Х, — активное и реактивное сопротив10 ления токопровода;

Ro,Xp — активное и реактивное сопротивления намагничивающей ветви;

R1,X1 — активное и реактивное сопротивления статора электродвигателя;

R 2, Х 2 — приведенные к статору актив1 1 ные и реактивные сопротивления ротора электродвигателя;

S — скольжение;

i — мнимая единица 0 = v — т ).

На холостом ходу скольжения мало, поэтому, устремив S к нулю, нетрудно найти

Zxx = Ro+ Rx+ j(Xo+ Хт) (4) где Zxx — К полное сопротивление токопровода и электрической машины на холостом ходу;

Очевидно, что

Хо +Хт т9 p1 —, +, (5) о т

30 где р1 — угол сдвига фаз между током и напряжением на холостом ходу, Следовательно, пользуясь выражением (2), можно записать тур 1 — "", (6) где Охх — реактивная мощность холостого хода;

Rxx — активная мощность холостого хода, 40

При увеличении момента на валу электродвигателя угол сдвига фаз между током и напряжением начинает уменьшаться за счет увеличения угла сдвига фаз роторной цепи р2. Из литеРатУРы известно (см. на- 45 пример, Клюев В. И. Теория электропривода, M. Энергоиздат, 1985, с. 156), что а также выражений (2), (5), (6), (8), после соответствующих математических и реобразований, получаем величину, скольжения как функцию активной и реактивной мощностей

Охх Оа Рхх О (1" )

Ра Рхх + О Охх

Выражение для определения момента асинхронного электродвигателя имеет следующий вид где m1 — фазность питающего электродвигатель напряжения; р — число полюсов электродвигателя;

f1 — частота питающей сети;

c — коэффициент несимметрии питающей электродвигатель сети;

Ъбр

Р где Uo5p — напряжение обратной симметрично составляющей;

Upp — напРЯжение пРЯмой симметРичной саста вля ющей.

Таким образом, с учетом выражений (11) и (12) после соответствующих материматических преобразований выражение для определения момента на валув асинхронного электродвигателя примет следующий виц:

M=-а (Рхх Ра + Qxx С1 ) Ра Рхх ) (1 — u ))

Рхх а а+Q +Qxx(Q — Pa р где а 2 — коэффициент, постоянный

2 7тт1 для данного типа электропривода.

Преимущество данного способа состоит и в том, что его реализация. с помощью описанного выше устройства может быть осуществлена на отечественных серийно выпускаемых изделиях высокого класса точности. Например, в качестве измерителей активной и реактивной мощностей могут быть использованы измерительнь|е преобразователи соответственно типа Е 748 и Е 849 или им подобные, выпускаемые Витебским ПО "Электроизмеритель". класса точочности 0,25%. Б качестве микроконтроллера возможно применение программируемого микроконтроллера

"Электроника MC 2702" или аналогичная, а в качестве индикатора — показывающие приборы комплекса нСкуб-M". Устройством ввода может служить аналого-цифровой преобразователь К 572ПВ 4, представляющий собой восьмиканальную систему сбора данных. Измерители прямой и обратной симметричных составляющих могут быть легко выполнены по схемам, приведенными, например, авт. св. N..

817503, кл. G 01 M 15 00.

Формула изобретения

Способ определения крутящего момента на роторе бувровой установки. заключа1760398 ющийся в том, что определяют потери холостого хода электропривода установки, а на рабочем режиме работы установки измеряют активную мощность Р . потребляемувю электроприводом, и коэффициент несимметрии питающей сети, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности, дополнительно на рабочем режиме измеряют реактивную мощность О, потребляемую электроприводом, а потери холостого хода находят путем измерения в режиме холостого хода активной Рхх и реактивной Qxx мощности. при этом величину M крутящего моментаределяют из выражения

1 Рхх >a + Gx G Ра Р

Мa.. (1 — а). „„о,+о +о а-Ра где а — коэффициент постоянный для данного типа электропривода.

1760398

Составитель В.Загоруйко

Техред М.Моргентал Корректор И. Шулла

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3181 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для сигнализации о достижении предельно го крутящего момента на вращающемся валу

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях крутящего момента вращающихся механизмов на различных частотах вращения

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля асинхронных электродвигателей в электроприводных буровых установках, прокатных станах и т.д

Изобретение относится к измерительной технике и служит доя автоматизированного контроля характеристик моментов вращения спиральных пружин и торсионов с неограниченным углом закрутки

Изобретение относится к технике контроля механических параметров электродвигателей и может быть использовано для нагружения шаговых электродвигателей

Изобретение относится к силоизмерительной технике

Изобретение относится к смлоизмерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для косвенного измерения внешнего нагрузочного момента электропривода постоянного тока и в целях коррекции электромеханической системы

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения или регулирования крутящего момента в установках со значительными располагаемыми и потребляемыми мощностями, например, на морских судах для измерения крутящего момента на валах гребных винтов, на валах прокатных металлургических станов, на валах несущего ротора вертолета, на валу газоперекачивающего агрегата, на валу редуктора турбо-винтового авиационного двигателя и т.д

Изобретение относится к измерительной технике и может бытъ использовано для графического контроля характера неравномерности распределения в течение периода вращения крутящего момента активных и тормозящего момента пассивных вращающихся объектов

Изобретение относится к области измерений кутящих моментов на тормозном валу, а также углов рассогласования вращающихся валов и может быть использовано в следящих приводах, а также для измерений мгновенных значений крутящих моментов в фиксированных положениях вращающегося вала

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и используется для непрерывного бесконтактного измерения параметров вращающегося вала при определении эффективной мощности

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами в качестве устройства для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к автомобилестроению и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к рулевым приводам с сервомеханизмами и может использоваться в качестве датчика для бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала в системе управления электромеханическим усилителем руля

Изобретение относится к технике измерения крутящих моментов между двумя соосными валами

Способ определения крутящего момента на роторе буровой установки, электропривод буровой установки

Наверх