DE1929415B2 - Einrichtung zur stabilisierung der spannung an einem tiefbohrermotor - Google Patents

Description

unter Berücksichtigung der Polarität untereinander in Reihe geschaltet. Hierbei sind die Sekundärwicklungen 16 und 17 der Stromwandler durch Widerstände 19 und 20 überbrückt.

Der Widerstandswert der Widerstände 19 und 20 wird in Abhängigkeit von der Impedanz der entsprechenden Stromzuleitung gewählt, um am Ausgang des Gebers eine der Spannung an dm Tiefbohrermotorklemmen proportionale und phasengleiche Spannut zu sichern.

Die Spannung U₁₉ am Widerstand 19 wird nach der Formel

L₁₉ —

(l:

berechnet. Hierin bedeutet i₁₉ der Strom über den Widerstand Ji₁₉, /₄ der Strom über die Stromzuleitung 4, K₁₀ das Transformationsverhältnis des Stromwandlers 10.

Die Spannung IZj₈ an der Sekundärwicklung 18 des Spannungswandlers 12 wird nach der Formel

errechnet. Hierin bedeutet C/₃_₄ die Spannung zwischen den Stromzuleitungen .3 und 4, K₁₂ das Transformationsverhältnis des Spannungswandlers 12.

Zur Sicherung der oben angegebenen Bedingungen, welche die geometrische Summierung der Spannung zwischen dei Stromzuleitungen und den Spannungsabfall an diesen ermöglichen, ist es erforderlich, daß

IL_{4 =} Z₄Z₄

— K-,

ist. Hierin bedeutet Δ Γ/₄ den Spannungsabfall an der Stromzuleitung 4, Z₄ die Impedanz der Stromzuleitung 4.
Durch Vergleich von (1) und (2) ergibt sich

R -V ^¹"

^KI2

Auf gleiche Weise wird der Widersland R_2tl bestimmt :

R - ^Z> ^K»

^Λ2ϋ — " γ

*M2

worin AT₁₁ das Transformationsverhältnis des Stromwandlers Il ist.

Somit soll der Widerstand de: Überbrückungswiderstände gleich dem Produkt aus der Impedanz der entsprechenden Stromzuleitung und der Beziehung der Transformationsverhältnisse der entsprechenden Strom- und Spannungswandler gewählt werden.

Da die erfindungsgemäße Einrichtung mit verschiedenen Stromzuleitung^, die natürlich eine verschiedene Impedanz aufweisen, benutzt werden kann, werden die Widerstände 19 und 20 mit regelbarem Widerstandswert ausgeführt.

Die in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Wandler sind an eine Gleichrichterhrücke 21 gelegt, die am Ausgang ein aus zwei Kondensatoren 22, 23 und einer Drosselspule 24 bestehendes Filter für die Gleichstromkomponente hat. Der Ausgang der Gleichrichterbrücke 21 ist über einen Widerstand 25 mit der mit einem Transistor 26 aufgebauten Vergleichseinheit 9 verbunden, wobei der positive Biückenpol mit der Basis und der negative drückenpol mit dem Emitter verbunden ist.

ίο Die Quelle der der Sollspannung am Tiefbohrermotor I proportionalen Bezugsspannung ist an die Vergleichseinheit 9 über ein Einstellpotentiometer 27 und einen Widerstand 28 gelegt. Hierbei ist der positive Pol der Bezugsspannungsquelle mit dem Emitter und der negative Pol mit der Basis vom Transistor 26 verbunden.

Die Anschlußpolarität der Gleichrichterbrücke und der Bezugsspannungsquelle kann umgekehrt werden, jedoch muß in jedem Falie der Emitter und die Basis ao an ungleichnamigen Polen der Brücke und der Bezugsspannungsquelle liegen.

Der Ausgang der Vergleichseinheit 9 ist über Widerstände 30 mit Steuerwicklungen 29 der Drossel 6 verbunden.

Es sei nun die Wirkungsweise der Einrichtung betrachtet.

Nehmen wir an, daß die Spannung U₁ an den Klemmen des Tiefbohrermotors 1 der zu stabilisierenden Spannung gleich ist. Diese Spannung ist die geometrische Summe der Spannungen zwischen den Stromzuleitungen 3 und 4 in der Nähe des Ausganges der Spannungsregeleinheit 5 und der Fhasenspannungsabfälle U₃ und U₁ in den Stromzuleitungen 3 und 4. In F i g. 2 entsprechen diesen Spannungen die Vek-35 ?oren U₁, i/₃_₄, U₃ und i/₄.

Im Spannungsgeber 8 mit den Widerständen 19 und 20, deren Widerstandswerte entsprechend den oben angeführten Formeln gewählt sind, werden die den Phasenspannungsabfällen U₃ und U₁ in den Stromzuleitungen entsprechenden Spannungen ausgesondert. Hierbei fällt die Spannung U₁₉ am Widerstand 19 nach der Phase mit dem Phasenspannungsabfall U₁ zusammen, während die Spannung U₂₀ am Widerstand 20 in Gegenphase zu dem Phasenspannungsabfall U₃ liegt (ohne Berücksichtigung der Stromwandlerfehler). Die Spannung U_1S am Ausgang des Spannungswandlers 12 ist proportional der Spannung zwischen den Stromzuleitungen 3 und 4 und fällt mit dieser nach der Phase zusammen (ohne Berücksichtigung des Spannungswandlerfehlers). Am Eingang der Gleichrichterbrücke 21 stellt die Spannung U₂₁ eine geometrische Summe der Spannungen U₁₉, U₂₀ und U_ls dar. In F i g. 2 entsprechen diesen Spannungen die Vektoren CZ₁₄, U₂₀, Ü_1S und U₂₁. Aus dem Gesagten geht hervor, daß die Vektoren U₁ und U₁₉, U₃ und U₂₀, l/₃_₄ und U_{1 8} paarweise parallel verlaufen, während ihre Skalargrößen proportional sind, so daß auch die Vektoren U₁ und U_n parallel verlaufen und ihre Skalargrößen proportional sind. Die Spannung am Ausgang der Gleichrichterbrücke ist also der Spannung an den Klemmen des Tiefbohrermotors 1 proportional. Dieser Spannung entspricht eine gewisse Bezugsspannung U₀.

Während des Betriebes kann die Änderung der Spannung an den Motorklemmen durch folgende zusammen bzw. einzeln wirkende Ursachen bedingt sein, nämlich durch Änderung der Motorbelastung und durch Änderung der Speisespannung. Diesen Ände-

rungen entsprechen Änderungen der Phasenspannungsabfälle U₃, [Z₁ und der Spannung t/₃_₄ zwischen den Stromzuleitungen 3 und 4 und proportionale Änderungen der Spannungen IZ₁₉₁ CZ₂₀ und U_1n. Da gezeigt wurde, daß die Vektoren U₁ und U₂₁ 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 t/₂, 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 U_a zuge-

führt wird. Je nach der Differenz zwischen der Bezugsspannung U₀ und der Spannung U₂₁ erzeugt die Vergleichseinheit 9 ein Signal, demgemäß sich der Strom in den Steuerwicklungen 29 ändert, was zur Änderung des Spannungsabfalles an den Drosseln 6 führt.

Infolge der Änderung des Spannungsabfalls an den Drosseln 6 ändern sich die Phasenspannungsabfälle U₃, U_t und die Spannungen i/₃_j, I/,,, U₁₉, U₂₀ und folglich die Spannungen U₁ und U₂₁ an den Motorklemmen und am Gleichrichter so lange, bis die Spannung U₂₁ der Bezugsspannung U_n 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 Motorklemmen den einzuhaltenden Sollwert erreicht hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 rigkeiten, wenn Motoren mit unterschiedlichen elek-Patentansprüche: trischen Werten verwendet werden. Der Erfindung liegt 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 Spannungsstabilisierung kalt und durch ein Rückkopplungssystem gesteuert gewährleistet, bei der das Ausgangssignal des Gebers ist, dessen Ausgang durch eine Einheit zum Ver- proportional der geometrischen Summe der Spannungleichen einer der zu stabilisierenoen Spannung io gen zwischen den Stromzuleitungen und der Spanproportionalen Bezugsspannung mit der Ausgangs- nungsabfälle an diesen Leitungen ist.

ipannung eines aus wenigstens zwei Stromwandlern Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

und einem Spannungswandler bestehenden Span- Merkmale des Anspruches 1 gelöst,
■ungsgebers gebildet ist, dadurch gekenn- Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Einrich-

Z e i c h η e t, daß die Primärwicklungen (13, 14) 15 tung im Geber, an den die Sekundärwicklungen der dar 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 Spannungswandlers ange- nungsabfälie an den Stromzuleitungen zusammenschlossen ist, daß mit der Vergleichseinheit (9) die fallen, wird unabhängig von der Phasendifferenz Sekundärwicklung(18) des Spannungswandlers (12) 20 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 nungE handlers 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- lungsgebers 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 3° Genauigkeit der Spannungsstabilisierung.
Impedanz (Z₃, Z₄) der entsprechenden Stromzu- 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,

F i g. 2 ein Spannungsvektordiagramm, das die

Wirkung des Spanriungsgebers 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 Tief bohrer- Als Stromzuleitung 2 kann die Bohrrohrkolonne

motor, die eine an die Stromzuleitungen zwischen einer benutzt werden. Die Spannungsregeleinheit S 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 Tiefbohrermotor 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 A^rbeiten 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 Primärlichen 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 Ausführungeines solchen mit den Stromzuleitungen 3 und 4 verbunden. Die Elementes kompliziert und verursacht große Schwie- Sekundärwicklungen 16, 17 und 18 der Wandler sind