Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя Советский патент 1990 года по МПК G01L3/10 

VY (

Изобретение относится к силоизме- рителыюй технике и може.т быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых значений крутящего момента на роторе буровых установоко

На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства.

Устройство содержит трансформат- тор 1 тока, нагрузочное сопротивле- Чтие-делитель 2, выпрямительный мост 3, входные сопротивления 4 и 5 операциейного усилителя-делителя напряжений, операционный усилитель-делитель 6, оптрон 7, широтно-импульсный модулятор (1ИИМ) 8, преобразователь частота- напряжение 9, тахогенератор 10, элект родвигатель 11, ротор 12 буровой установки.

Первичная обмотка трансформатора тока 1 включена в разрыв фазы цепи питания электродвигателя 11 привода ротора 12 буровой установки, а вторичная обмотка подключена к сопротивлению нагрузки 2, скользящий контакт которого позволяет регулировать напряжение мостового выпрямителя 3, подключенного ко входу операционного усилителя-делителя 6 через входное сопротивление 4. Прямой вход операционного усилителя соединен с общей шиной сопротивлением 5. В цепь обрат- ной связи усилителя включен фоторезистор оптрона 7, лампа накливания которого подключена к выходу ШИМ 8, а его вход - к выходу преобразователя частота-напряжение 9, который, в свою очередь, соединен с выходом тахогенератора переменного тока, имеющего кинематическую связь с ротором . буровой установки 12.

Перед началом измерения при рабо- тающем роторе 12 устанавливают с помощью движка сопротивления 2 нагрузки такое значение входного напряжения операционного усилителя 6, при котором его выходное напряжение будет равно нулю. Это нулевое значение выходного напряжения поддерживается на одном и том же уровне при нормальном режиме работы буровой установки, так как оно определяется соотношени- ем

п - UB К U№« и/

(1)

где Ug - напряжение на выходе мостовой схемы, величина которого пропорциональна току электродвигателя, а следовательно, и его мощности Р; UM - напряжение на выходе ШИМ,

величина которого пропорциональна скорости постоянной составляющей вращения ротора буровой установки п; К - коэффициент пропорциональности.

Так как изменение мощности двигателя приводит к пропорциональному изменению скорости вращения вала и наоборот, то влияние изменения скорости вращения на результат измерения согласно выражению (1) не сказывается. Напряжение Usна выходе мостового выпрямителя 3 пропорционально мощности Р электродвигателя 11, а постоянная составляющая напряжения U м на выходе ШИМ 8 пропорциональна скорости вращения, следовательно, выражение (1) можно представить в виде

ивы е п вМ1Г

(2)

что представляет собой фармулу для определения крутящего момента. Таким образом, измеряя значение выходного напряжения операционного усилителя 6, можно судить о величине крутящего момента

В канале измерения скорости вращения ротора 12 применяется тахоге- нератор 10 переменного тока, осуществляющий преобразование вида n - f, что позволяет повысить коэффициент преобразования

К - кЈ dn

(всегда больше, чем у тахогенерато- ров, реализующих преобразование

n-U, Ku |J Kj).

Включение преобразователя частота-напряжение 9 к выходу тахогенератора 10 позволяет еще более увеличить чувствительность канала.

В процессе бурения возможны две предаварийные ситуации: проскальзывание бурового инструмента при его износе и прихват бурового инструмента. В первом случае скорость враще51

ния тахогенератора возрастает скачкообразно, что приводит к скачкообразному увеличению напряжения посто- янной составляющей UM на выходе ШИМ и уменьшению напряжения на выходе выпрямительного моста 3, а на входе операционного усилителя 6 появляется положительное напряжение, пропорциональное значению крутящего момента.

Таким образом появляется возможность определения предаварийной ситуации процесса бурения, при наступлении которой возможно автоматическое отключение электропривода.

Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор тока, включающий в себя первичную обмотку, подключенную к одной из фаз питания электродвигате

5

0

876

ля, и вторичную обмотку с подстроеч- ным резистором, оптпонную пару, о т- ли чающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений крутящего момента на роторе буровой установки, в него введены выпрямитель, вход которого связан с движком подстроечного резистора, операционный усилитель, инверсный вход которого связан с выходом выпрямителя, в цепь обратной связи усилителя включен фоторезистор опт- ронной пары, а прямой вход соединен с. общей шиной, тахогенератор переменного тока, кинематически связанный с ротором буровой установки, преобра. зователь частота - напряжение, вход которого подключен к тахогенератору переменного тока, шнротно-импульснын модулятор, вход которого связан с выходом преобразователя частота - напряжение, а выход подключен к лампе накаливания оптронной пары.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности. Цель изобретения является расширение функциональных вохможностей. Устройство содержит трансформатор тока 1, нагрузочное сопротивление-делитель 2, выпрямительный мост 3, входные сопротивления операционного усилителя-делителя напряжений 4 и 5, операционный усилитель делитель 6, оптрон 7, широтно-импульсный (ШИМ) 8, преобразователь частота - напряжение 9, тахогенератор 10, электродвигатель 11, ротор буровой установки 12. Первичная обмотка трансформатора тока 1 включена в разрыв фазы цепи питания электродвигателя 11 привод ротора 12 буровой установки, а вторичная обмотка подключена к сопротивлению нагрузки, скользящий контакт которого позволяет регулировать напряжение моста 3, подключенного к входу операционного усилителя-делителя 6 через входное сопротивление 4. Прямой вход операционного усилителя соединен общей шиной сопротивлением. В цепь обратной связи усилителя-делителя включен фоторезистор оптрона 7, лампа накаливания которого подключена к выходу ШИМ 8, а его вход - к выходу преоразователя частота -напряжение 9, который в свою очередь соединен тахогенераторора 10 переменного тока, имеющего кинематическую связь с ротором буровой установки 12. 1 ил.