Устройство для измерения параметров вращения ротора электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК E21B45/00 

с первых и третьих ВО обоих Т б и 7 поступают на входы измерителя 17 коэффициента несимметрии сети. В умножителе 18 происходит перемножение сигналов с блоков 1 б и 17. Сигнал на выходе умножителя 18 про

порционален моменту на валу ЭД 3 и посту-

лает 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

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

Изобретение относится к роторному бурению скважин и может быть использовано для определения эффективной отработки шарошечных долот до заклинки 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 фильтры, 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 промо- дулированным 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 фа зовых токов, потребляемых электродвигателем 3, присутствуют и высокочастотные промодулиро- ванные по амплитуде токи, несущие информацию об угле выбагз ротора синхронного электродвигателя. Эти токи меньше фазных токов на три-четыре порядка. Зависимость между углом 0 выбега ротора и моментом М на валу синхронного электродвигателя имеет вид

М К0,(1)

где К - коэффициент пропорциональности. На вход первого фильтра 10 поступает сигнал с первого трансформатора 1 тока через первый трансформатор б напряжения. Первый фильтр 10 выделяет промодулиро- ванную по амплитуде высокочастотную составляющую тока. Форма выделенного сигнала приведена на фиг. 2 (U3)- Указанное

напряжение детектируется однополупери- одным выпрямителем 12 (Ue) и первая гармоника выпрямленного напряжения частотой 100 Гц выделяется вторым фильтром 13 (UB). 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 (Кг). При этом вторые вторичные обмотки трансформаторов б 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 изменяются так, что сдвиг фаз между огибающей высо-чонасготного 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 (11д), пропорциональное фазному току электродвигателя 3. Первая гармонике этого напряжения частотой 100 Гц выделяется третьим фильтром 14 (Ue) и через звено 15 фазовой коррекции (Ож) поступает на второй вход фазового детектора 16. Фазовый сдвиг звена 15 фазовой коррекции (#Vopp.) устанавливается таким, чтобы на хо- лостом 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 б и 7 напряжения поступают сигналы, пропорциональные токам в фазных обмотках электродвигателя 3. Причем ток третьей фазы получают путем суммирования с последующей инверсией токов 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

Ui -,

Робр

и

пр

где Unp - напряжение, пропорциональное прямой симметричной составляющей тока электродвигателя;

U06p - напряжение, пропорциональное обратной симметричной составляющей тока электродвигателя.

Умножитель 18 перемножает сигналы, приходящие с выхода измерителя 17 коэф- фициента 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 сиг- нал, 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

М

V

5 10

1520

25

30

35 4045

50 55

гл;а Кг критерий износа воору енич дгло та

Выход делителя 19 является вюрым вы ходом устройства Сигнал с выхода делите ля 19 определяет момеж эффектипмой отработки долота.

Устройство дает возможность наряду ( критерием, по которому определяют степень износа долота, контролировать момент на роторе буровой установи, что позволяет наряду с оптимальной отработкой долот поддерживать оптимальный пс жим работы бурильного инструмента и предупреждать осложнения, согоовождэю- щиоСя увеличением «рутящего момента

Данное устройстпо может быть использовано в системах автома-ичосчого управления процессом бурения.

Формула изобретения

Устройство для измерение параметров вращения ротора электродвигателя, содер жащес два трансформатора напряжения, три фильтра, звено фазовой коррекции, фл- зовый детектор, умножитеть, целитель и датчик механической скорости проходки, а также генератор высокой частоты и возбудитель, выходы которых соединены с соот ветствующими входами сумматора, выход сумматора соединен с обмоткой возбуждения синхронного электродвигатс ля, отличающееся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей, устройство снабжено двумя трансформаторами тока, однополупериодным выпрямителем, двух- полупериоцным выпрямителем и измерителем коэффициента несимметрии сети, при этом вторичные обмотки трансформаторов тока, включенных в цепь статора синхронно о электродвигателя, нагружены на соответствующие резисторы и соединены с первичными обмотками первого и второго трансформаторов напряжения соответственно, которые содержат по три вторичных обмотки, начало первой вторичной обмотки первого трансформатора подключено к первому входу измерите™ 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 од нополупериодный выпрямитель и второй фильтр соединен с первым входом фазового детектора, конец второй вторичной обютки второго трансформатора напряжения подключен к первому входу двухполупериодно- го выпрямителя, выход которого через третий фильтр и звено коррекции соединен с вторым вхолом фазового детектора, конец нерпой и второй и начато

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 двухпо- лупериодного выпрямителя, конец третьей вторичной обмотки первого трансформатора напряжения соединен с началом третьей вторичной обмотки второго трансформатора напряжения, конец которой подключен к

U3 i

второму входу измерителя коэффициента несимметрии сети, начало первой вторичной обмотки второго трансформатора напряжения соединено с третьим входом измерителя 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 соединен с вторым входом делителя.