Асинхронный электропривод каротажных подъемников визуального контроля технического состояния скважин

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания скалярных асинхронных электроприводов каротажных подъемников комплексов визуального контроля технического состояния скважин. Цель работы: исследование скалярных систем преобразователь частоты - асинхронный двигатель, учитывающих особенности эксплуатации и изменения параметров нагрузки подъемников комплексов геофизического исследования скважин. Методы исследований основаны на использовании теории автоматического управления и имитационного моделирования в программной среде MatLab-Simulink. Результаты. Разработана методика расчета нагрузки при спуске и подъеме скважинного прибора, что позволяет более точно определять мощность электропривода подъемника. Разработаны и исследованы асинхронные электроприводы геофизических подъемников со скалярным регулированием скорости. Рассчитаны переходные процессы во всех стандартных режимах работы электропривода каротажного подъемника, а также при прихвате геофизического прибора в скважине. Полученные теоретические исследования подтверждены экспериментально при создании электроприводов подъемников установок геофизического исследования скважин. Выводы. При исследовании скалярных асинхронных электроприводов с частотным регулированием скорости следует учитывать особенности широтно-импульсного регулирования напряжения преобразователя частоты, что позволяет получить более достоверные результаты имитационного моделирования и ускорить процесс настройки электроприводов каротажных подъемников. Установлено, что задержанная отрицательная обратная связь по току в каналах регулирования напряжения и частоты ограничивает действующее значение тока статора асинхронного двигателя с частотным регулированием его скорости во всех штатных и аварийных режимах работы каротажного подъемника. Установлено, что во всех режимах работы электропривода каротажного подъемника нагрузка на валу двигателя активная и, следовательно, при спуске скважинного прибора асинхронный двигатель работает в генераторном режиме с отдачей энергии в тормозные резисторы преобразователя частоты. При длительном спуске скважинного прибора полученные результаты следует учитывать, выбирая тормозные резисторы электропривода завышенной мощности.

Relevance of the study is caused by the necessity of developing induction motor electric drives of well logging truck hoist for visual monitoring the borehole operating conditions. The main aim of the study is to develop and research the scalar control system for electric drive comprised of frequency converter and induction motor. The system should take into account operation features and the load parameter changes in the hoist for geophysical research of boreholes. Methods of research are based on application of automatic control theory and simulation modeling under MatLab-Simulink environment. Results. The authors have developed the load computation method for lowering and hoisting the downhole instrument, which allows determining the power of the electric drive of the hoisting mechanism more accurately. Variable-speed electric drive comprised of frequency converter and induction motor with scalar control system were developed for geophysical hoists. The transients for all operating modes of electric drive of the well logging truck hoist were calculated, including sticking of the geophysical instrument in the borehole. The obtained results of the studies were validated by the experimental results of the developed electric drive of hoisting mechanisms for geophysical research of boreholes. Findings. When studying the variable-speed induction motor drive with scalar control system, one should take into account the peculiarities of the PWM voltage control in the frequency converter. This allows achieving more reliable results of simulation modeling and accelerating the controllers tuning of electric drives of truck hoist. It was ascertained that the current degenerative feedback with delay in control channel of voltage and frequency limits a root-mean-square value of stator current of the variable-frequency induction motor in all normal and emergency operating modes of the truck hoist. It was ascertained as well that in all operating modes of the truck hoist the load on the motor shaft is active, therefore, while lowering the downhole instrument the induction motor operates in generator mode with power dissipation in brake resistors of the frequency converter. If the lowering of the downhole instrument lasts for a long time, than the brake resistors should have increased power ratings.