DE1929415C3 - Einrichtung zur Stabilisierung der Spannung an einem Tiefbohrermotor - Google Patents

Description

F i g. 2 ein Spannungsvektordiagramm, das die

Wirkung des Spannungsgebers erläutert.

Ein Tiefbohrermotor 1 (Fig. 1) eines Tiefbohrers

(nicht gezeigt) ist über Stromzuleitungen 2, 3, 4 und

40 über eine Spannungsregeleinheit 5 an eine Stromquelle

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur angeschlossen.

Stabilisierung der Spannung an einem Tiefbohrer- Als Stromzuleitung 2 kann die Bohrrohrkolonne motor, die eine an die Stromzuleitungen zwischen einer benutzt werden. Die Spannungsregeleinheit 5 ist unter Speisequelle und dem Motor angeschlossene Span- Verwendung von Drosseln 6 und Dioden 7 aufgebaut, nungsregeleinheit enthält und durch ein Rückkopp- 45 wobei die Dioden 7 die Funktion einer inneren Rücklungssystem gesteuert ist, dessen Ausgang durch eine kopplung erfüllen. Die Drosseln 6 kompensieren die Einheit zum Vergleichen einer der zu stabilisierenden Änderung der Spannung am Tijfbohrermotor 1 wäh-Spannung proportionalen Bezugsspannung mit der rend dessen Betriebes im Bohrloch, die sowohl durch Ausgangsspannung eines aus wenigstens zwei Strom- Änderung des Stromes bzw. der Spannung der Speisewandlern und einem Spannungswandler bestehenden 50 quelle als auch durch Änderung der Belastung am Spannungsgebers gebildet ist. Tiefbohrermotor 1 hervorgerufen wird.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art, wie sie Die Steuerung der Spannungsregeleinheit 5 geschieht aus der SU-PS 1 09 080 bekannt sind, entspricht durch Rückkopplung, bei der in einer Vergleichseindadurch, daß beim Arbeiten des Elektrotiefbohrers heit 9 die an einem Spannungsgeber 8 auftretende, der stets eine Phasendifferenz zwischen Strom und Span- 55 Ausgangsspannung an den Klemmen des Tiefbohrernung vorliegt, die sich mit der Belastung ändert, das motors 1 proportionale Istspannung mit einer der Ausgangssignal der Vergleichseinheit, das durch Ver- Sollspannung am Motor proportionalen Bezugsspangleich der algebraischen Summe der Stromwandler- nung verglichen wird. Die Vergleichseinheit 9 ist mit ausgangssignale und des Bezugssignals gewonnen Halbleiterelementen ausgeführt und wirkt auch als wird, nicht dem wahren Wert der Spannung an den 60 Verstärker.

Motorklemmen. Dadurch entspricht die erreichte Der Spannungsgeber 8 enthält zwei Stromwandler 10 Spannungsstabilisierung vielfach nicht der erforder- und 11 und einen Spannungswandler 12. Die Primär-Hchen Genauigkeit. Mit speziellen nichtlinearen EIe- wicklung 13 des Stromwandlers 10 ist an die Strommenten, welche derart ausgeführt sind, daß sie die zuleitung 4 und die Primärwicklung 14 des Strom-Strom- und Spannungsphasendifferenz berücksichti- 65 wandlers 11 ist an die Stromzuleitung 3 angeschlossen, gen, kann die Spannungsstabilisierungsgenauigkeit Die Primärwicklung 15 des Spannungswandlers 12 ist erhöht werden, jedoch ist die Ausführung eines solchen mit den Stromzuleitungen 3 und 4 verbunden. Die Elementes kompliziert und verursacht große Schwie- Sekundärwicklungen 16, 17 und 18 der Wandler sind

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3 * 4

unter Berücksichtigung der Polarität untereinander in Wandler sind an eine Gleichrichterbrücke 21 gelegt,

Reihe geschaltet Hierbei sind die Sekundärwick- die am Ausgang ein aus zwei Kondensatoren 22, 23

lungen 16 und 17 der Stromwandler durch Wider- und einer Drosselspule 24 bestehendes Filter für die

stände 19 und 20 überbrückt Gleichstromkomponente hat. Der Ausgang der Gleich-

Der Widerstandswert der Widerstände 19 und 20 5 richterbrücke 21 ist über einen Widerstand 25 mit der wird in Abhängigkeit von der Impedanz der ent- mit einem Transistor 26 aufgebauten Vergleichseinsprechenden Stromzuleitung gewählt, um am Ausgang heit 9 verbunden, wobei der positive Brückenpol mit des Gebers eine der Spannung an den Tiefbohrer- der Basis und der negative Brückenpol mit dem Emitter motorklemmen proportionale und phasengleiche Span- verbunden ist.
nung zu sichern. ₁₀ Die Quelle der der Sollspannung am Tiefbohrer-

Die Spannung U₁₉ am Widerstand 19 wird nach der motor 1 proportionalen Bezugsspannung ist an die

Vergleichseinheit 9 über ein Einstellpotentiometer 27 und einen Widerstand 28 gelegt. Hierbei ist der posi-

i' = i R = '⁴ ι? ι *'^νε **°^ ^der B^ezug^ssP^annuⁿS^s1uelle mit dem Emitter

~^{w il)} "'* K₁₁₁ '** ^(!> 15 und der negative Pol mit der Basis vom Transistor26

i R

^il) "'* K₁₁₁

verbunden.

Die Anschlußpolarität der Gleichrichterbrücke und

berechnet. Hierin bedeutet /_ia der Strom über den der Bezugsspannungsquelle kann umgekehrt werden. Widerstand R₁₉, i_t der Strom über die Stromzulei- jedoch muß in jedem Falle der Emitter und die Basis tung 4, K₁₀ das Transformationsverhrltnis des Strom- 20 an ungleichnamigen Polen der Brücke und der Bewandlers 10. zugsspannungsquelle liegen.

Die Spannung CZ₁₈ an der Sekundärwicklung 18 des Der Ausgang der Vergleichseinheit 9 ist über Wider-

Spannungswandlers 12 wird nach der Formel stände 30 mit Steuerwicklungen 29 der Drossel 6

verbunden.

25 Es sei nun die Wirkungsweise der Einrichtung be-12) trachtet.

Nehmen wir an, daß die Spannung U₁ an den Klemmen des Tiefbohrermotors 1 der zu stabili-

errechnet. Hierin bedeutet i/₃_₄ die Spannung zwischen sierenden Spannung gleich ist. Diese Spannung ist die den Stromzuleitungen 3 und 4, Ä"₁₂ das Transforma- 30 geometrische Summe der Spannungen zwischen den tionsverhältnis des Spannungswandlers 12. Stromzuleitungen 3 und 4 in der Nähe des Ausganges

Zur Sicherung der oben angegebenen Bedingungen, der Spannungsregeleinheit 5 und der Phasenspannungsweiche die geometrische Summierung der Spannung abfalle iZ₃ und LZ₄ in den Stromzuleitungen 3 und 4. zwischen den Stromzuleitungen und den Spannungs- In F i g. 2 entsprechen diesen Spannungen die Vekabfall an diesen ermöglichen, ist es erforderlich, daß 35 toren C^₁, t/₃_₄, U₃ und CZ₄.

Im Spannungsgeber 8 mit den Widerständen 19

. ., ... und 20, deren Widerstandswerte entsprechend den

= —^⁴'⁴ . ₌ χ (^) oben angeführten Formeln gewählt sind, werden die

^t *> k'ii '- (j_en Phasenspannungsabfällen CZ₃ und U₁ in den

40 Stromzuleitungen entsprechenden Spannungen ausist. Hierin bedeutet Δ ί/₄ den Spannungsabfall an der gesondert. Hierbei fällt die Spannung U₁₉ am Wider-Stromzuleitung 4, Z₄ die Impedanz der Stromzulei- stand 19 nach der Phase mit dem Phasenspannungstung 4. abfall LZ₄ zusammen, während die Spannung U₂₀ am

Durch Vergleich von (1) und (2) ergibt sich Widerstand 20 in Gegenphase zu dem Phasenspan-

45 nungsabfall U₃ liegt (ohne Berücksichtigung der

H _ γ Κ»» Stromwandlerfehler). Die Spannung CZ₁₈ am Ausgang

'" ⁴ K₁₂ ' des Spannungswandlers 12 ist proportional der Span

nung zwischen den Stromzuleitungen 3 und 4 und

Auf Bleiche Weise wird der Widerstand R,„ be- ^{fällt mit dieser nach der Phase} zusammen (ohne Bestimmt" " ⁵° riicksichtigung des Spannungswandlerfehlers). Am

Eingang der Gleichrichterbrücke 21 stellt die Spannung U₂₁ eine geometrische Summe der Spannungen

^_{1 =} ^'' k'11 U₁₉, CZ₂₀ und U_1& dar. In F i g. 2 entsprechen diesen

²¹¹ K₁₂ " Spannungen die Vektoren U₁₉, U₂₀, CZ₁₈ und U_n.

55 Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Vektoren CZ₄

worin K₁₁ das Transformationsverhältnis des Strom- und U_n, U₃ und U₃₀, CZ_S_₄ und CZ₁₈ paarweise parallel wandlers 11 ist. verlaufen, während ihre Skalargrößen proportional

Somit soll der Widerstand der Überbrückungs- sind, so daß auch die Vektoren U₁ und CZ₂₁ parallel widerstände gleich dem Produkt aus der Impedanz der verlaufen und ihre Skalargrößen proportional sind, entsprechenden Stromzuleitung und der Beziehung der 60 Die Spannung am Ausgang der Gleichrichterbrücke 21 Transformationsverhältnisse der entsprechenden ist also der Spannung an den Klemmen des Tief-Strom- und Spannungswandler gewählt werden. bohrermotors 1 proportional. Dieser Spannung ent-

Da die erfindungsgemäße Einrichtung mit verschie- spricht eine gewisse Bezugsspannung CZ₀^
denen Stromzuleitungen, die natürlich eine verschie- Während des Betriebes kann die Änderung der

dene Impedanz aufweisen, benutzt werden kann, 65 Spannung an den Motorklemmen durch folgende zuwerden die Widerstar.de 19 und 20 mit regelbarem sammen bzw. einzeln wirkende Ursachen bedingt sein, Widerstandswert ausgeführt. nämlich durch Änderung der Motorbelastung und

Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der durch Änderung der Speisespannung. Diesen Ände-

rungen entsprechen Änderungen der Phasenspannungsabfälle U₃, U₁ und der Spannung i/₃_₄ zwischen den Stromzuleitungen 3 und 4 und proportionale Änderungen der Spannungen U_x,, U₁₀ und i/,₈. Da gezeigt wurde, daß die Vektoren U₁ und U_n parallel verlaufen und ihre Skalarwerte proportional sind, so kann man behaupten, daß bei einer Änderung der erwähnten Spannungen sich die Spannung am Eingang der Gleichrichterbrücke 21 ähnlich wie die Spannung an den Klemmen des Tiefbohrermotors 1 ändern wird.

Die Spannung U_n gelangt vom Eingang der Gleichrichterbrücke 21 über den Widerstand 25 auf den Eingang der Vergleichseinheit 9, welcher gleichzeitig über den Widerstand 28 die der zu stabilisierenden Spannung U₁ proportionale Bezugsspannung U₀ züge-

4iö führt wird. Je nach der Differenz zwischen der Bezugs spannung U₀ und der Spannung U₂₁ erzeugt die Ver gleichseinheit 9 ein Signal, demgemäß sich der Strorr in den Steuerwicklungen 29 ändert, was zur Änderung des Spannungsabfalles an den Drosseln 6 führt.

Infolge: der Änderung des Spannungsabfalles an der Drosseln 6 ändern sich die Phasenspannungsabfälk U₃, 1/4 und die Spannungen U₃-^, U_1n, U_1B, C/_eo und folglich die Spannungen IZ₁ und U_n an den Motorklemmen und am Gleichrichter so lange, bis die Spannung U₂₁ der Bezugsspannung U₀ gleich ist. Die Vergleichseinheit 9 erzeugt dann kein Signal zur Änderung des die Steuerwicklungen 29 durchfließenden Stromes mehr, d. h. also, daß die Spannung U₁ an den Motorkiemmen den einzuhaltenden Sollwert erreicht hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

rigkeiten, wenn Motoren mit unterschiedlichen elek-Patentansprüche: trischen Werten verwendet werden Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine

1. Einrichtung zur Stabilisierung der Spannung Einrichtung zur Stabilisierung der Spannung an einem an einem Tiefbohrermotor, die eine an die Strom- 5 Tiefbohrermotor anzugeben,die auch bei Einsatz Zuleitungen zwischen einer Speisequelle und dem verschiedener Motoren unabhängig von deren elek-Motor angeschlossene Spannungsregeleinheit ent- trischen Daten eine genaue Spannungsstabihsierung hält und durch ein Rückkopplungssystem gesteuert gewährleistet, bei deir das Ausgangssignal des Gebers ist, dessen Ausgang durch eine Einheit zum Ver- proportional der geometrischen Summe der Spannungleichen einer der zu stabilisierenden Spannung io gen zwischen den Stromzuleitungen und der Spanproportionalen Bezugsspannung mit der Ausgangs- nungsabfälle an diesen Leitungen ist.

spannung eines aus wenigstens zwei Stromwandlern Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden und einem Spannungswandler bestehenden Span- Merkmale des Anspruches 1 gelöst,
nungsgebers gebildet ist, d a d u r c h g e k e η n- Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichzcichnet, daß die Primärwicklungen(13, 14) 15 tung im Geber, an den die Sekundärwicklungen der der Stromwandler (10,11) in zwei verschiedenen Stromwandler überbrückenden Widerständen Span-Stromzuleitungen (3, 4) liegen, an welche auch die nungen anfallen, die praktisch mit der Phase der Span-Primärwicklung (15) des Spannungswandler ange- nungsabfälle an den Stromzuleitungen zusammenschlossen ist, daß mit der Vergleichseinheit (9) die fallen, wird unabhängig von der Phasendifferenz Sekundärwicklung (18) des Spannungswandlers (12) ao zwischen Strom und Spannung eine genaue Span- und die mit dieser in Reihe geschalteten Sekundär- nungsstabilisierung erreicht, zumal der Spannungswicklungen (16, 17) der Stromwandler (10,11) ver- wandler einen praktisch unbedeutenden Phasenfehler bunden sind und daß die Sekundärwicklungen (16, hat, während die Reihenschaltung der durch Wider-17) der Stromwandler (10, 11) durch Widerstände stände überbrückten Sekundärwicklungen des Span-(19, 20) überbrückt sind, deren Widerstandswert 25 nungswandlers und der Stromwandler genau die Gejeweils der Impedanz der entsprechenden Strom- winnung der geometrischen Spannungssumme gezuleitung (3,4) proportional ist. währleistet; daher ist die Spannung des Rückkopp-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- lungssebers genau der Spannung an den Klemmen kennzeichnet, daß der Widerstand jedes Wider- des Motors proportional. Dies ermöglicht eine hohe Standes (19, 20) gleich ist dem Produkt aus der 30 Genauigkeit der Spannungsstabilisierung.
Impedanz (Z₃, Z₄) der entsprechenden Stroinzu- Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines leitung (3, 4) und dem Quotienten des Transfor- Ausführungsbeispiels näher erläutert,
mationsverhältnisses des entsprechenden Strom- Es zeigt

und Spannungswandlers. F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der Stabilisierungsein-

35 richtung gemäß der Erfindung,