Система и способ определения момента достижения линейным двигателем концевых упоров



Система и способ определения момента достижения линейным двигателем концевых упоров
Система и способ определения момента достижения линейным двигателем концевых упоров
Система и способ определения момента достижения линейным двигателем концевых упоров
Система и способ определения момента достижения линейным двигателем концевых упоров
Система и способ определения момента достижения линейным двигателем концевых упоров
H02P23/14 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2652266:

БЕЙКЕР ХЬЮЗ ИНКОРПОРЕЙТЕД (US)

Изобретение относится к системам и способам для функционирования линейных электродвигателей и определения момента достижения линейным электродвигателем концевого упора в конце рабочего хода и обратного хода. В одном варианте осуществления электрический контроллер привода системы погружного насоса отслеживает сигналы положения, полученные от линейного электродвигателя системы, определяет разницу во времени импульса, подсчитывает импульсы от начала хода, фактическую длительность хода и связанные с ними параметры. При выполнении предварительно заданных условий, связанных с данными параметрами, контроллер определяет момент достижения линейным электродвигателем конца своего хода. Контроллер изменяет порядок чередования фаз выходного напряжения и, таким образом, меняет направление движения приводного элемента. Обеспечивается надежное и верное определение положения приводного элемента в линейном электродвигателе и точное управление. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

В целом изобретение относится к эксплуатации линейных двигателей, а в частности к средствам определения момента достижения линейным двигателем концевого упора в конце рабочего хода или обратного хода.

Уровень техники.

При добыче нефти из скважин часто возникает необходимость в использовании системы искусственного подъема для поддержания движения нефти. Обычно система искусственного подъема содержит электрический погружной насос (ESP) в продуктивный зоне нисходящей скважины. Система ESP имеет электродвигатель, принимающий электрические сигналы от наземного оборудования. Принятые сигналы запускают электродвигатель, который, в свою очередь, приводит в действие насос, поднимающий нефть из скважины.

Электродвигатели ESP обычно имеют роторную конструкцию, в которой ротор расположен соосно и вращается внутри статора (см., например, US №8602754). Вал ротора соединен с насосом и приводит в движение вал насоса, который поворачивает рабочие колеса в корпусе насоса. Рабочие колеса толкают нефть через насос и поднимают ее из скважины. Хотя роторные двигатели используются для искусственного поддержания энергии пласта, но для той же цели можно использовать и линейные электродвигатели (см., например, US №9689383). Взамен ротора, линейный электродвигатель имеет приводной элемент, осуществляющий возвратно-поступательное движение. Приводной элемент приводит в действие плунжерный насос, поднимающий нефть из скважины и повышающий, тем самым, дебит скважины.

Для надлежащего управления линейным электродвигателем необходимо знать положение приводного элемента внутри статора. В системе по US №9689383 положение приводного элемента определяется без получения информации о местоположении от самого двигателя, а вычисляется на основе информации, генерируемой приводом, обеспечивающим энергией двигатель. Эта информация может генерироваться на базе таймеров в приводе или может генерироваться посредством инструкций, исполняемых в программируемом логическом контроллере в системе управления приводом. Данная система управления генерирует командный сигнал на приведение в движение двигателя в зависимости от вычисленного положения приводного элемента. Скорость электродвигателя регулируется за счет увеличения или уменьшения величины напряжения командного сигнала.

Системы и способы уровня техники имеют ряд недостатков. В системе по US №9689383 возможны неточности из-за вычисления положения приводного элемента линейного двигателя на основе информации, генерируемой в приводе, а не на основе информации, генерируемой в самом двигателе. Например, изменения в условиях работы двигателя (например, изменения нагрузке на насос) могут влиять на скорость двигателя и положение приводного элемента в двигателе. Генерирование выходных сигналов приводом для приведения в действие двигателя без учета этих изменений в условиях работы двигателя, может приводить к потере эффективности, замедлениям/срывам и т.п. Представляется желательным разработать средства, позволяющие на основе информации от самого линейного электродвигателя определить замедление или остановку приводного элемента линейного электродвигателя (например, при достижении приводным элементом электродвигателя концевого упора) и позволяющие переместить приводной элемент контролируемым образом, обеспечивая эффективную работу.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к системам и способам управления линейными электродвигателями и определения момента достижения линейным электродвигателем концевого упора в конце рабочего хода и обратного хода. Один вариант осуществления представляет собой способ управления линейным электродвигателем системы электрического погружного насоса (ESP). В данном способе электропитание первоначально поступает на линейный электродвигатель системы ESP, причем электропитание имеет первый порядок чередования фаз, который приводит в действие приводной элемент электродвигателя в первом направлении. Комплект датчиков (например, датчиков на эффекте Холла) отслеживает его положение в статоре двигателя. Импульсы в выходных сигналах (называемых сигналами Холла в случае датчиков на эффекте Холла) указывают на изменения в положении приводного элемента электродвигателя. Конец рабочих и/или обратных ходов электродвигателя идентифицируются различными измерениями. Например, определением разницы во времени между последовательными импульсами в выходных сигналах и определением числа импульсов. Если разница во времени между последней парой последовательных импульсов превысит пороговое отклонение, а число импульсов по меньшей мере достигнет минимума, то осуществляется реверсирование электропитания линейного электродвигателя, за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз. Другое измерение определяет, превышает ли число импульсов в выходных сигналах максимальное пороговое число и, если это верно, то осуществляется реверсирование электропитания, подаваемого на линейный электродвигатель. Другое измерение определяет, превышает ли выходное напряжение, подаваемое на линейный электродвигатель, пороговое напряжение и, если это верно, то осуществляется реверсирование электропитания электродвигателя. Другое измерение определяет, выполняет ли линейный электродвигатель режим заливки насоса перед пуском. Если это верно, то определяется число импульсов в выходных сигналах, находящихся в пределах заданного диапазона максимального порогового значения и осуществляется реверсирование электропитания, подаваемого на линейный электродвигатель. В еще одном измерении определяется фактическая длительность хода и, если фактическая длительность хода превысит пороговую, то осуществляется реверсирование электропитания электродвигателя. В другом измерении определяется, выполняет ли линейный электродвигатель обратный ход, и если это верно, то определяется, сместился ли приводной элемент электродвигателя за пределы нижней пружины в статоре. Если дело обстоит именно так, то осуществляется реверсирование электропитания, подаваемого на электродвигатель. В другом измерении определяется, выполняет ли линейный электродвигатель рабочий ход. Если это верно, то определяется число импульсов в выходных сигналах, находящихся в пределах заданного диапазона максимального порогового значения, а если число импульсов находится в пределах заданного диапазона максимального порогового значения, то осуществляется реверсирование электропитания, подаваемого на электродвигатель.

Альтернативный вариант осуществления включает в себя устройство. В данном варианте осуществления устройство содержит электрический привод, способный генерировать выходное напряжение (электропитание), например, способное приводить в действие линейный электродвигатель, причем указанное выходное напряжение сначала имеет первый порядок чередования фаз. Электрический привод включает в себя контроллер, принимающий сигналы о положении электродвигателя. Контроллер отслеживает сигналы о положении, определяет разницу во времени между импульсами в сигналах о положении и ведет подсчет импульсов в сигналах о положении. Если разница во времени между последней парой последовательных импульсов в выходных сигналах превысит пороговое отклонение и по меньшей мере определится минимальное число импульсов в сигналах, то контроллер изменяет порядок чередования фаз выходного электропитания на обратный. Электропривод может быть реализован в системе ESP. В данной системе электропривод соединен кабелем с линейным электродвигателем, который, в свою очередь, приводит в действие плунжерный насос. Линейный электродвигатель имеет статор и приводной элемент, причем приводной элемент располагается в канале статора и осуществляет возвратно-поступательное движение в канале. Величина смещения приводного элемента между концами статора представляет собой ход электродвигателя. Линейный электродвигатель имеет комплект датчиков положения, расположенных вдоль канала статора и определяющих смещение приводного элемента. Датчики положения подают сигналы о положении, в которых импульсы указывают на изменения в положении приводного элемента. Электрический привод системы ESP использует данные измерений, описанных выше, для определения момента достижения электродвигателем конца хода и изменения выходного напряжения на обратное, чтобы изменить в этом случае движение приводного элемента на обратное.

Возможны и другие варианты осуществления.

При этом варианты осуществления настоящего изобретения имеют ряд существенных отличий от уровня техники. Например, как указывалось выше, в системе по US №9689383 привод линейного двигателя генерирует выходные сигналы на приведение в движение двигателя без получения какой-либо информации о местоположении от двигателя. В системе и способе по настоящему изобретению, напротив, используются датчики положения в двигателе и их сигналы подаются к приводу для генерирования выходных сигналов. Далее, в системе и способе по настоящему изобретению привод определяет разницы во времени между переходами в сигналах датчиков положения и сравнивает разницы во времени с пороговым отклонением для определения замедления или остановки приводного элемента. Кроме того, привод в системе и способе по настоящему изобретению обеспечивает подсчет переходов в сигналах датчиков положений. Привод, затем, использует эту информацию от датчиков положения двигателя для управления, когда порядок чередования фаз выходных сигналов обратен, для приведения в действие приводного элемента в обратном направлении. Система и способ по настоящему изобретению, таким образом, обеспечивают более надежное и верное определение положения приводного элемента в линейном электродвигателе, так что обеспечивается его более точное управление.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами.

На РИСУНКЕ 1 представлена схема, иллюстрирующая примерную насосную систему в соответствии с одним вариантом осуществления.

На РИСУНКЕ 2 представлена схема, иллюстрирующая примерный линейный электродвигатель в соответствии с одним вариантом осуществления, пригодный для использования в насосной системе, изображенной на РИСУНКЕ 1.

На РИСУНКЕ 3 представлена функциональная блок-схема, иллюстрирующая структуру системы управления линейным электродвигателем в соответствии с одним вариантом осуществления.

На РИСУНКЕ 4 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ идентификации концевых упоров в линейном электродвигателе в соответствии с одним вариантом осуществления.

На РИСУНКАХ 5А и 5B представлены блок-схемы последовательности операций, иллюстрирующие способ использования нескольких условий для идентификации концевых упоров в линейном электродвигателе в одном варианте осуществления.

Поскольку изобретение подвергается различным модификациям и альтернативным вариантам осуществления, то конкретные варианты его осуществления показаны в качестве примера на чертежах и сопровождающих их подробном описании. Однако следует понимать, что чертежи и подробное описание не предназначены для ограничения объема изобретения описанным конкретным вариантом осуществления. Данное раскрытие предназначено для охвата всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, подпадающих в объем настоящего изобретения, как это определено в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, данные чертежи выполнены не в масштабе и один или несколько компонентов могут иметь увеличенные размеры, чтобы облегчить понимание различных признаков, описанных в настоящем документе.

Подробное описание примера осуществления изобретения

Ниже описываются один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что данные и любые другие варианты осуществления, описанные ниже, являются примерными и предназначены для иллюстрации настоящего изобретения, а не ограничивающими его объем.

Как описано в настоящем документе, различные варианты осуществления настоящего изобретения содержат системы и способы определения момента достижения приводным элементом линейного электродвигателя конца хода. В одном варианте осуществления, линейный электродвигатель представляет собой составную часть системы ESP. Линейный электродвигатель получает входное напряжение от системы привода и приводит в действие насос для подъема нефти из скважины, в которой установлена система ESP. Датчики Холла установлены на электродвигателе и определяют смещение приводного элемента в статоре. Система привода включает контроллер, который отслеживает сигналы от датчиков Холла, а также ряд других параметров, связанных с электродвигателем, и использует данную информацию в программе инициализации, чтобы определить момент достижения электродвигателем конца хода (концевого упора). При достижении концевого упора контроллер изменяет порядок чередования фаз, питающих электродвигатель, на обратный и приводит в движение приводной элемент в обратном направлении.

На РИСУНКЕ 1 представлена схема, иллюстрирующая примерную насосную систему, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В нефтеносной геологической структуре пробурена и обсажена скважина 130. Обсадная труба внутри ствола скважины 130 перфорирована в продуктивной зоне скважины, позволяя нефти поступать из пласта в скважину. Насосная система 120 расположена в продуктивной зоне скважины. Насосная система 120 соединена с насосно-компрессорной трубой 150, по которой система выкачивает нефть из скважины. Система управления 110 расположена на поверхности около устья скважины. Система управления 110 соединена с насосной системой 120 силовым кабелем 112 и набором электрических линий 113 для сбора данных, которые способны передавать различные типы регистрируемых данных и управляющую информации между скважинной насосной системой и наземной аппаратурой управления. Силовой кабель 112 и электрические линии 113 спущены вниз по стволу скважины вдоль насосно-компрессорной трубы 150.

Насос 120 включает в себя секцию электродвигателя 121 и секцию насоса 122. В данном варианте осуществления, в систему включены расширительная камера 123 и комплект приборов 124. (Насосная система 120 может включать в себя другие компоненты, которые не описываются здесь подробно, так как они хорошо известны в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, и не важны при обсуждении настоящего изобретения.) Секция электродвигателя 121 получает электропитание от системы управления 110 и приводит в действие секцию насоса 122, которая выкачивает нефть по насосно-компрессорной трубе из скважины.

В данном варианте осуществления секция электродвигателя 121 представляет собой линейный электродвигатель. Система управления 110 получает входное переменное напряжение (АС) от внешнего источника, например, генератора (не показан на рисунке), выпрямляет входное переменное напряжение (АС), а затем преобразует постоянный ток (DC) в трехфазный переменный ток, приводящий в действие линейный электродвигатель. Выходное напряжение, генерированное системой управления 110, частично зависит от положения приводного элемента внутри статора линейного электродвигателя. Датчики положения в электродвигателе определяют положение приводного элемента и передают эту информацию по электрическим линиям 113 в систему управления 110, позволяя осуществлять движение приводного элемента в правильном направлении (подробности ниже). Выходное напряжение, генерируемое системой управления 110, подается в насосную систему 120 по силовому кабелю 112.

На РИСУНКЕ 2 представлена схема, иллюстрирующая примерный линейный электродвигатель, пригодный для использования в насосной системе, изображенной на РИСУНКЕ 1. Линейный электродвигатель имеет трубчатый статор 210 с каналом в центре. Основание 211 соединено с нижним концом статора 210 и закрывает нижнюю часть канала, а головка 212 соединена с верхней частью статора. В головке электродвигателя 212 выполнено сквозное отверстие, позволяющее валу 222 приводного элемента 220 взаимодействовать с насосом. В данном варианте осуществления насос способен всасывать текучую среду в насос при ходе поршня вверх и выталкивать текучую среду при ходе поршня вниз. Другими словами, ход поршня вниз представляет собой рабочий ход, а ход вверх представляет собой обратный ход.

Статор 210 содержит ряд обмоток 213 обмоточного провода для электромагнитов. Обмотки 213 представляют собой ряд отдельных катушек с намотанным проводом, образующих несколько магнитных полюсов внутри статора. Концы обмоток соединены (например, концевой кабельной муфтой 214) с жилами силового кабеля 218. Несмотря на то, что силовой кабель состоит из отдельных жил, несущих трехфазное питание к электродвигателю, жилы, по отдельности, на рисунке не показаны в целях упрощения. Точно так же, не изображены по отдельности и катушки с обмоточным проводом для электромагнитов. Катушки могут иметь различные конфигурации, но в совокупности представлены на рисунке как компонент 213.

Обмотки попеременно возбуждаются сигналами, передаваемыми по силовому кабелю и генерирующими магнитные поля внутри статора. Данные магнитные поля взаимодействуют с постоянными магнитами 221 на валу 222 приводного элемента 220, в результате чего приводной элемент 220 перемещается вверх и вниз в электродвигателе. Электрический импульс, подаваемый приводом по силовому кабелю (в данном случае трехфазный электрический импульс) регулируется таким образом, чтобы приводной элемент 220 осуществлял возвратно-поступательное движение внутри канала статора 210. Статор 210 содержит набор датчиков Холла 215, отслеживающих положение приводного элемента 220 внутри статора 210. В данном варианте осуществления, выходные сигналы от датчиков Холла 215 передаются на контроллер по сигнальной линии 230. Они могут передаваться в виде отдельных сигналов или комбинироваться в один или нескольких групповых сигналов. В одном варианте осуществления, групповой сигнал указывает на импульсы в сигналах, созданных датчиками Холла, но он не указывает, какой конкретно датчик связан с каждым импульсом и, таким образом, не в состоянии определить абсолютное положение приводного элемента. Приводной элемент также может соединяться с абсолютным кодовым датчиком какого-либо типа, а данные от кодового датчика могут передаваться на контроллер. Контроллер затем отслеживает положение электродвигателя исходя из принятых сигналов.

На РИСУНКЕ 3 представлена функциональная блок-схема, иллюстрирующая структуру системы управления линейным электродвигателем в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Система управления встроена в систему привода (например, 110) линейного электродвигателя. Система привода получает входное напряжение переменного тока (АС) от внешнего источника и генерирует выходной трехфазный ток, который поступает на линейный электродвигатель и приводит его в действие. Система привода также получает данные о местоположении от линейного электродвигателя и использует их при генерации выходного трехфазного тока для электродвигателя. Следует отметить, что система на РИСУНКЕ 3 является примерной и альтернативные варианты осуществления могут использовать другие компоненты или способы получения выходного сигнала, приводящего в действие линейный электродвигатель.

Как показано на РИСУНКЕ 3, система привода 300 имеет вход и схему выпрямителя 310, который получает входное напряжение переменного тока от внешнего источника питания. Схема 310 преобразует полученное переменное напряжение (АС) в напряжение постоянного тока (DC) с предварительно заданным уровнем напряжения и накапливает его в шине/конденсаторе 320 постоянного тока. Шина постоянного тока (DC), в данном варианте осуществления, подает питание постоянного тока (DC) на выход схемы 330, содержащей комплект переключателей БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором). Переключатели выходной схемы 330 управляются контроллером 340 электродвигателя, создавая выходной сигнал переменного тока, например, шестиуровневый сигнал или сигнал ШИМ. Выходная схема 330 может включать фильтры для изменения генерированной формы сигнала, прежде чем он поступит на электродвигатель. Например, это может быть необходимо для фильтрации сигнала ШИМ, чтобы предотвратить повреждение силового кабеля или электродвигателя. Сигнал от выходной схемы 330 передается в скважинный линейный электродвигатель по силовому кабелю. Как уже отмечалось выше, данная система является иллюстративной, а альтернативные варианты осуществления могут использовать другие способы (например, матричный преобразователь) для генерации требуемого выходного сигнала из входного сигнала переменного тока (АС).

Мощность выходной схемы 330 контролируется датчиками 350 напряжения и тока. Датчики 350 подают сигналы на контроллер 340 электродвигателя с указанием выходного напряжения на выходе схемы 330 и тока, протекающего через скважинный линейный электродвигатель. Контроллер 340 электродвигателя также получает данные о положении от скважинного линейного электродвигателя. В одном варианте осуществления, эти данные о местоположении содержат сигналы, генерированные датчиками Холла, как описано выше со ссылкой на РИСУНОК 2. Контроллер 340 электродвигателя использует полученные данные о положении для определения положения и скорости смещения приводного элемента в линейном электродвигателе, что будет более подробно обсуждаться ниже. На основании положения и скорости смещения приводного элемента, а также других данных, контроллер 340 управляет выходной схемой 330, генерирующей выходной сигнал для управления электродвигателем.

Скважинный линейный электродвигатель представляет собой электрически коммутируемый двигатель. Другими словами, электрическая коммутация или модуляция напряжения осуществляется электрически с наземного привода. В штатном режиме работы (когда система откачивает текучую среду из скважины) электродвигатель коммутируется электрически, исходя из положения приводного элемента. В частности, в данном варианте осуществления электродвигатель коммутируется сигналами от датчиков Холла. Выходные сигналы, созданные системой привода, генерируются для осуществления небольшого сдвига приводного элемента, независимо от скорости его смещения, вместо генерации с определенной частотой. Скорость электродвигателя регулируется путем изменения напряжения командного сигнала поданного на электродвигатель, а не путем непосредственного управления частотой командного сигнала. Благодаря постоянному контролю напряжения шины постоянного тока и регулируемого выходного сигнала привода относительно положения приводного элемента, данная схема обычно не приводит к бесконтрольному увеличению скорости электродвигателя.

Как отмечалось выше, желательно знать положение приводного элемента в электродвигателе, а также скорость и направление смещения приводного элемента. Например, если известно, что приводной элемент находится в середине рабочего хода (сверху вниз в одном варианте осуществления), то контроллер генерирует выходной сигнал с соответствующим порядком чередования фаз для перемещения приводного элемента по оставшейся части хода. (Хотя и возможно приводить в действие электродвигатель выходным напряжением, которое не имеет требуемого порядка чередования фаз, но электродвигатель, как правило, не будет работать с той же эффективностью, как при использовании надлежащего порядка чередования фаз). Неправильный порядок чередования фаз может привести к росту потерь мощности и существенному снижению общей эффективности системы. В конце хода контроллер изменяет порядок чередования фаз, питающих электродвигатель, на обратный и приводит в движение приводной элемент в обратном направлении.

Перед началом эксплуатации электродвигателя следует выполнить процедуру инициализации или процедуру поиска исходного положения, чтобы установить электродвигатель в известном состоянии или положении, или определить порядок чередования фаз выходного напряжения, связанного с мощностью электродвигателя и обратными ходами. Аналогичные процедуры следует выполнять при отсутствии заливки насоса перед пуском или прерываниях нормальной работы системы по другим причинам. Данные процедуры включают определение момента достижения приводным элементом жесткого упора или концевого упора в рабочем или обратном ходе. Например, во время процедуры инициализации, контроллер генерирует выходной сигнал, который заставляет приводной элемент двигаться в одном направлении, пока в этом направлении он не достигнет конца рабочего хода. Определив, что приводной элемент находится в конце рабочего хода, осуществляется сверка числа сигналов от датчиков Холла, подсчитанных в процессе этого перемещения / хода, с заранее определенным числом сигналов от датчиков Холла (рассчитанных исходя из нескольких факторов, таких как длина хода, магнитного полюсного шага и т.д.) для определения положения приводного элемента в данном ходе. При достижении конца хода меняется порядок чередования фаз, питающих электродвигатель, на обратный и приводной элемент двигается в обратном направлении.

Пример процедуры инициализации иллюстрируется на схеме последовательности операций, представленной на РИСУНКЕ 4. В данном варианте осуществления контроллер подает команду системе привода генерировать выходное напряжение, перемещающее приводной элемент электродвигателя в первом направлении (410). Сигнал от датчиков Холла отслеживается для определения числа импульсов в сигнале (420). Как описывалось выше, данные импульсы указывают на движение приводного элемента мимо датчиков Холла в статоре. Затем контроллер, по идентифицированному числу импульсов Холла, определяет момент достижения приводным элементом конца хода (430). Данное определение может быть сделано различными способами. Например, если выходное напряжение, подаваемое на электродвигатель, приводит в движение электродвигатель на определенной частоте (циклов в секунду), то число импульсов от датчиков Холла, также происходит с известной частотой (число импульсов от датчиков Холла в секунду). Если достигается заранее заданное число импульсов от датчиков Холла, которое ожидается к появлению с данной частотой, то предполагается, что приводной элемент находится в конце хода. При достижении приводным элементом конца хода меняется порядок чередования фаз, питающих электродвигатель, на обратный и приводной элемент двигается в обратном направлении (440). В противном случае, контроллер дает команду системе привода продолжать двигать приводной элемент в текущем направлении (410).

Следует отметить, что контроллер способен разными способами определять конец хода приводного элемента, а также определенным образом, в котором сделанное определение может зависеть от таких факторов, как существующие конкретные условия. Например, определение жесткого упора может быть сделано исходя из хронометража между последовательным числом импульсов от датчиков Холла, фактической длительностью с момента последнего импульса от датчика Холла, числом импульсов от датчиков Холла, обнаруженных за время хода и так далее.

Как показано на РИСУНКАХ 5А и 5B, схемы последовательности операций иллюстрируют способ, использующий несколько условий проведения испытаний, для определения момента достижения приводным элементом скважинного линейного электродвигателя системы ESP любого концевого упора. Первоначально, напряжение подается на электродвигатель с первым порядком чередования фаз, что приводит в движение приводной элемент в первом направлении (510). Сигнал от датчиков Холла отслеживается и подается обратно в контроллер (520). Поскольку контроллер обнаруживает импульсы от датчиков Холла, то он использует различные параметры хронометража, включая разницу во времени между импульсами, фактическую длительность с момента последнего импульса и фактическую длительность всего хода. Контроллер также использует число импульсов от датчиков Холла, обнаруженных им во время хода и выходное напряжение привода для проверки, является ли ход рабочим ходом или обратным ходом, проверки превышения скорости и проверки заливки насоса перед пуском.

По мере подачи приводом напряжения на электродвигатель (который осуществляет ход приводного элемента), контроллер постоянно проверяет набор критериев, которые определяют момент достижения электродвигателем концевого упора. По первому критерию (531) в данном примере, контроллер сначала определяет: обнаружил ли он по меньшей мере минимальное число (N) импульсов от датчиков Холла текущего хода. Обнаружив данное минимальное число импульсов от датчиков Холла, контроллер определяет, что электродвигатель осуществляет ход. Затем контроллер вычисляет: является ли по меньшей мере минимальное время (X) фактической длительностью с момента последнего импульса от датчиков Холла. Если фактическая длительность меньше числа (X), то приводной элемент может далее осуществлять свой ход. Если фактическая длительность больше числа X, то приводной элемент движется медленнее, чем ожидалось, поскольку X рассчитывается исходя из установленной / требуемой скорости. Например, минимальное время может превышать в 4-6 раз ожидаемую разницу во времени между импульсами от датчиков Холла, так что задержка, превышающая данное число, может считаться результатом остановки приводного элемента.

По второму критерию (532), контроллер определяет: достигло ли число импульсов от датчиков Холла, обнаруженных во время текущего хода, максимального числа импульсов, которые могут иметь место в течение одного хода. Например, если электродвигатель, двигаясь от одного конца хода к другому концу, генерирует максимум 100 импульсов от датчиков Холла, то, при обнаружении контроллером 100-го импульса, можно предположить, что электродвигатель достиг конца хода.

По третьему критерию (533) контроллер определяет: существуют ли условия, связанные с заливкой насоса перед пуском. Например, одним из условий является то, что выходное напряжение привода должно превышать пороговое напряжение (Vth), которое является минимальным напряжением, требуемым для перемещения приводного элемента. Контроллер также определяет: является ли по меньшей мере минимальное время (X) фактической длительностью с момента появления последнего импульса от датчиков Холла. Если фактическая длительность больше X, то приводной элемент движется не так быстро, как следовало ожидать, и можно предположить, что электродвигатель достиг концевого упора. Минимальное время (X) может быть таким же, как и у первого критерия (531) или различаться.

По четвертому критерию (534) контроллер вновь определяет: существуют ли условия, связанные с заливкой насоса перед пуском. В данном случае, контроллер установил, что осуществлена заливка насоса перед пуском. Если во время заливки насоса перед пуском контроллер обнаруживает число импульсов от датчиков Холла, которое на три единицы меньше, чем максимально возможное число импульсов, то предполагается наступление момента достижения электродвигателем (или почти достижения) концевого упора. Обнаружение данного меньшего числа импульсов от датчиков Холла (максимально возможное число в ходе за минусом трех) сразу позволяет контроллеру определить концевой упор до фактического конца хода. Это желательно, чтобы избежать касания приводным элементом жесткого упора с большим усилием (когда более высокая начальная частота и напряжение подаются на электродвигатель при заливке насоса перед пуском), чем во время штатной работы.

По пятому критерию (535) контроллер определяет: превышает ли фактическая длительность с начала хода, заданное время. В этом случае число импульсов от датчиков Холла и хронометраж импульсов роли не играют. Заранее определенное время варьируется в зависимости от ожидаемой скорости приводного элемента и других факторов или же задается пользователем. Например, если электродвигатель работает на частоте F, то заданное время равно Т, но если электродвигатель работает на частоте 1/2 F, то заданное время равно 2Т. Заранее определенное время, с которым сравнивается фактическая длительность, может быть одинаковым как для рабочего хода, так и обратного хода, или отличаться для рабочего хода по сравнению с обратным ходом.

По шестому критерию (536) контроллер определяет: движется ли электродвигатель в направлении обратного хода и сместился ли приводной элемент за пределы нижней пружины, расположенной в линейном электродвигателе. Термин "за" относится к смещению приводного элемента за пределы точки, в которой приводной элемент коснулся пружины. При выполнении данных условий контроллер определяет, что электродвигатель достиг конца обратного хода.

По седьмому критерию (537) контроллер вновь определяет: движется ли электродвигатель по направлению рабочего хода, а затем определяет, достигло ли число импульсов от датчиков Холла, обнаруженных за рабочий ход, числа, которое на три единицы меньше, чем максимально возможное число импульсов. При выполнении данного условия предполагается, что электродвигатель достиг (или почти достиг) концевого упора. Обнаружение меньшего числа импульсов от датчиков Холла (максимально возможное число в ходе за минусом трех) позволяет контроллеру определить концевой упор до фактического конца хода. Это желательно, чтобы избежать касания приводным элементом жесткого упора с большим усилием при более высоких противодавлениях, во избежание потенциального повреждения самого электродвигателя.

Следует отметить, что критерии этапов 531-537 могут выполняться не в заданном порядке. Кроме того, альтернативные варианты осуществления могут использовать меньшее число критериев, другие критерии или разные типы критериев, чтобы определить момент достижения линейным электродвигателем концевого упора. Как было отмечено выше, альтернативные варианты осуществления могут использовать различные значения порогового времени при сравнении с фактической длительностью. Альтернативные варианты осуществления могут также использовать различные пороговые значения количества импульсов от датчиков Холла, с которыми сравнивается фактическое число импульсов от датчиков Холла.

Если ни один из критериев на этапах 531-537 не определяет момент достижения конца хода, то контроллер продолжает подавать выходное напряжение для привода электродвигателя в текущем направлении (то есть, с правильным порядком чередования фаз) (510). Если один из критериев на этапах 531-537 определяет момент достижения конца хода, то контроллер переключает электропитание на обратный порядок чередования фаз, приводящий в движение электродвигатель в обратном направлении (540). После смены направления движения приводного элемента на обратное, контроллер продолжает проверку (до концевого упора в текущем ходе) и, если процедура инициализации или заливки насоса перед пуском не завершена, то он прекращает процедуру и начинает штатную работу электродвигателя.

Выгоды и преимущества, получаемые в результате использования настоящего изобретения, были описаны выше в конкретных вариантах осуществления. Данные выгоды и преимущества, а также любые элементы или ограничения, которые приводят к их проявлению или более яркому выражению, не должны истолковываться как критические, обязательные или обладающие существенными признаками любого или всех пунктов формулы изобретения. Используемые в настоящем описании термины "содержит", "содержащий" или любые их варианты следует истолковывать как не эксклюзивные, включающие элементы или ограничения, которые сопровождают данные термины. Соответственно, система, способ или другой вариант осуществления, которые включает набор элементов, не ограничены только этими элементами и могут включать в себя другие элементы, которые конкретно не перечислены или присущи заявленному варианту осуществления.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, следует понимать, что варианты осуществления являются иллюстративными и объем изобретения не ограничивается данными вариантами осуществления. Возможен ряд вариаций, модификаций, дополнений и усовершенствований в описанных выше вариантах осуществления. Предполагается, что данные вариации, модификации, дополнения и усовершенствования подпадают под объем настоящего изобретения, как подробно описано в нижеследующей формуле изобретения.

1. Способ управления линейным электродвигателем системы электрического погружного насоса (ESP); способ включающий:

подачу электропитания на линейный электродвигатель системы ESP, причем электропитание имеет первый порядок чередования фаз, который приводит в действие приводной элемент электродвигателя в первом направлении в пределах канала статора в электродвигателе;

отслеживание данных с комплекта датчиков положения в статоре, причем датчики положения подают соответствующие выходные сигналы, а импульсы в выходных сигналах указывают на изменения в положении приводного элемента;

определение разницы во времени между импульсами в выходных сигналах;

обеспечение подсчета числа импульсов в выходных сигналах;

осуществление реверсирования электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз, если разница во времени между последней парой последовательных импульсов в выходных сигналах превысит пороговое отклонение, а число импульсов в выходных сигналах по меньшей мере достигнет минимума.

2. Способ по п. 1, дополнительно определяющий, не превысило ли число импульсов в выходных сигналах максимального порогового значения, а если число импульсов в выходных сигналах превышает максимальный порог значения, то осуществляющий реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

3. Способ по п. 1, дополнительно определяющий, не превысило ли выходное напряжение, подаваемое на линейный электродвигатель системы ESP, порогового напряжения, а если выходное напряжение превышает пороговое напряжение, то осуществляющий реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

4. Способ по п. 1, дополнительно включающий: определение выполнения линейным электродвигателем системы ESP режима заливка насоса перед пуском; определение числа импульсов в выходных сигналах, находящихся в пределах заданного диапазона максимального порогового значения; и реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз, если линейный электродвигатель системы ESP выполняет режим заливки насоса перед пуском и число импульсов в выходных сигналах находится в пределах заданного диапазона максимального порогового значения.

5. Способ по п. 1, дополнительно определяющий фактическую длительность хода линейного электродвигателя системы ESP, а если фактическая длительность хода линейного электродвигателя системы ESP превысит пороговую фактическую длительность, то осуществляющий реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

6. Способ по п. 1, дополнительно определяющий: выполняет ли линейный электродвигатель системы ESP обратный ход; если линейный электродвигатель системы ESP выполняет обратный ход, то определяющий, смещается ли приводной элемент линейного электродвигателя системы ESP за пределы нижней пружины, расположенной в линейном электродвигателе; а если приводной элемент линейного электродвигателя системы ESP сместился за пределы нижней пружины, то осуществляющий реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

7. Способ по п. 1, дополнительно определяющий: выполняет ли линейный электродвигатель системы ESP рабочий ход; если линейный электродвигатель системы ESP выполняет рабочий ход, то определяющий число импульсов в выходных сигналах, находящихся в пределах заданного диапазона максимального порогового значения; а если линейный электродвигатель системы ESP выполняет рабочий ход и число импульсов в выходных сигналах находится в заданном диапазоне максимального порогового значения, то осуществляющий реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

8. Электрическая погружная насосная система, содержащая:

электрический привод, способный генерировать выходное электропитание с первым порядком чередования фаз;

причем электрический привод включает контроллер, принимающий сигналы о положении линейного электродвигателя;

контроллер способен отслеживать сигналы о положении, определять разницу во времени между импульсами в сигналах о положении и вести подсчет импульсов в сигналах о положении;

при этом, если разница во времени между последней парой последовательных импульсов в выходных сигналах превысит пороговое отклонение, а число импульсов в выходных сигналах по меньшей мере достигнет минимума, то контроллер обеспечивает реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

9. Система по п. 8, в которой:

линейный электродвигатель соединен с электрическим приводом силовым кабелем;

линейный электродвигатель приводит в действие плунжерный насос; линейный электродвигатель имеет статор и приводной элемент; приводной элемент расположен в канале статора;

приводной элемент осуществляет возвратно-поступательное движение в канале между его первым концом и вторым концом;

линейный электродвигатель имеет комплект датчиков положения в статоре, расположенных рядом с каналом;

датчики положения подают соответствующие сигналы о положении, указывая, тем самым, на изменения в положении приводного элемента.

10. Система по п. 8, в которой контроллер дополнительно определяет: не превысило ли число импульсов в выходных сигналах максимального порога значения, а если число импульсов в выходных сигналах превышает максимальный порог значения, то контроллер осуществляет реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

11. Система по п. 8, в которой контроллер дополнительно определяет: не превысило ли выходное напряжение, подаваемое на линейный электродвигатель системы ESP, порогового напряжения, а если выходное напряжение превышает пороговое напряжение, то контроллер осуществляет реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

12. Система по п. 8, в которой контроллер дополнительно определяет: выполнение линейным электродвигателем системы ESP режима заливки насоса перед пуском; контроллер дополнительно определяет число импульсов в выходных сигналах, находящихся в пределах заданного диапазона максимального порогового значения; и, если линейный электродвигатель системы ESP выполняет режим заливки насоса перед пуском и число импульсов в выходных сигналах находится в пределах заданного диапазона максимального порогового значения, то контроллер осуществляет реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

13. Система по п. 8, в которой контроллер дополнительно определяет: фактическую длительность хода линейного электродвигателя системы ESP; и, если фактическая длительность хода линейного электродвигателя системы ESP превысит пороговую фактическую длительность, то контроллер осуществляет реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

14. Система по п. 8, в которой контроллер дополнительно определяет: выполняет ли линейный электродвигатель системы ESP обратный ход; причем, если линейный электродвигатель системы ESP выполняет обратный ход, то контроллер определяет, смещается ли приводной элемент линейного электродвигателя системы ESP за пределы нижней пружины, расположенной в линейном электродвигателе; и, если приводной элемент линейного электродвигателя системы ESP сместился за пределы нижней пружины, то контроллер осуществляет реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.

15. Система по п. 8, в которой контроллер дополнительно определяет: выполняет ли линейный электродвигатель системы ESP рабочий ход; причем, если линейный электродвигатель системы ESP выполняет рабочий ход, то контроллер определяет число импульсов в выходных сигналах, находящихся в пределах заданного диапазона максимального порогового значения; и, если линейный электродвигатель системы ESP выполняет рабочий ход и число импульсов в выходных сигналах находится в заданном диапазоне максимального порога значения, то контроллер осуществляет реверсирование электропитания линейного электродвигателя системы ESP за счет подачи электропитания вторым порядком чередования фаз, который обратен первому порядку чередования фаз.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для двухуровневого подавления пульсации крутящего момента четырехфазного вентильного реактивного двигателя.

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. Гибридное транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания; первую и вторую вращающиеся электромашины; приводной вал; планетарный механизм; аккумуляторную батарею и электронный блок управления.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления системой приводов с переменной скоростью вращения. Техническим результатом является повышение точности демпфирования колебания и упрощение.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления, реализующих прямое управление током в мостовых преобразователях частоты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах привода трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Техническим результатом является расширение диапазона подавления пульсаций крутящего момента вентильного реактивного электродвигателя.

Изобретение относится к управлению тяговой системой транспортных средств. Система регулирования тягового усилия для нескольких электросекций содержит модуль подачи питания, инверторные/четырехквадратные модули, модуль ввода/вывода, сетевой модуль и модуль устранения ошибок.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока периодического движения, и может быть использовано при создании вибрационных электроприводов сканирования, техники измерения, контроля и управления, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с пульсирующим движением рабочего органа.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах вентильного реактивного электродвигателя с множеством фаз и множеством топологических структур.

Изобретение относится к области ветеринарии, медицинской техники и сельского хозяйства и может быть использовано для вакцинации животных. Техническим результатом является обеспечение регулирования размера получаемых частиц.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе привода трехфазного вентильного реактивного электродвигателя. Техническим результатом является обеспечение плавного управления выходным крутящим моментом в максимальном диапазоне без учета влияния угла выключения фазы основного переключателя мощности на эффективность управления крутящим моментом.

Группа изобретений относится к вариантам вентиляционного короба для выпуска газов, присутствующих на силовом кабеле, используемом для подачи электроэнергии к электрической погружной насосной установке.

Группа изобретений относится к вариантам вентиляционного короба для выпуска газов, присутствующих на силовом кабеле, используемом для подачи электроэнергии к электрической погружной насосной установке.

Изобретение относится к устройствам тормозных систем. Установка для подачи воздуха содержит приводимый в действие двигателем (1) компрессор (2) для производства сжатого воздуха, устройство (3) для осушки для удаления влаги из произведенного сжатого воздуха, электронный преобразователь (4) тока для зависящего от потребления управления компрессором и несколько аналоговых и/или цифровых датчиков (5) для генерации электрических сигналов.

Изобретение относится к устройствам тормозных систем. Установка для подачи воздуха содержит приводимый в действие двигателем (1) компрессор (2) для производства сжатого воздуха, устройство (3) для осушки для удаления влаги из произведенного сжатого воздуха, электронный преобразователь (4) тока для зависящего от потребления управления компрессором и несколько аналоговых и/или цифровых датчиков (5) для генерации электрических сигналов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к системам управления и контроля гидравлических приводов штанговых насосов. Система управления гидравлическим приводом штангового насоса содержит программируемый логический контроллер 1, аналоговые входы которого соединены с выходами датчика давления масла 2, датчика температуры масла 3 в штоковой полости гидроцилиндра и датчика температуры масла 4.

Изобретение относится к конфигурирующей системе насосного агрегата и способу. Насосный агрегат содержит насос и инверторный привод, Инверторный привод содержит электродвигатель для приведения в действие насоса, блок управления для управления электродвигателем и запоминающее устройство, функционально связанное с блоком управления.

Изобретение относится к конфигурирующей системе насосного агрегата и способу. Насосный агрегат содержит насос и инверторный привод, Инверторный привод содержит электродвигатель для приведения в действие насоса, блок управления для управления электродвигателем и запоминающее устройство, функционально связанное с блоком управления.

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Компрессорная система включает в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор, резервуар для сжатого воздуха.

Изобретение относится к приводным насосным системам прямого вытеснения для возвратно-поступательных насосов и способам управления возвратно-поступательным движением.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для плавного пуска и останова привода насоса. В регуляторе плавного пуска, содержащем последовательную цепь из симистора и нагрузки, подключенную к выводам, формирователь сигнала плавного запуска и останова, состоящего из RC-цепочки, компаратора с усилителем, источника напряжения с формой однополярных импульсов, сформированных из сетевого напряжения синусоидальной формы выпрямительным мостом, и гальваническую развязку на оптосимисторе, согласно изобретению RC-цепочку выполняют с постоянной времени 3,2 с, а сигнал от сетевого напряжения формируют с задержкой включения на 7,2 мс от двухполупериодного выпрямителя обратной полярности с каждого последующего участка характеристики напряжения, совпадающего по абсолютной величине с напряжением заряда и разряда RC-цепочки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использованао в системах для сжигания газа. Техническим результатом является демпфирование собственных колебаний системы.

Изобретение относится к системам и способам для функционирования линейных электродвигателей и определения момента достижения линейным электродвигателем концевого упора в конце рабочего хода и обратного хода. В одном варианте осуществления электрический контроллер привода системы погружного насоса отслеживает сигналы положения, полученные от линейного электродвигателя системы, определяет разницу во времени импульса, подсчитывает импульсы от начала хода, фактическую длительность хода и связанные с ними параметры. При выполнении предварительно заданных условий, связанных с данными параметрами, контроллер определяет момент достижения линейным электродвигателем конца своего хода. Контроллер изменяет порядок чередования фаз выходного напряжения и, таким образом, меняет направление движения приводного элемента. Обеспечивается надежное и верное определение положения приводного элемента в линейном электродвигателе и точное управление. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх