RU2430273C1

RU2430273C1 - Universal control station of downhole electrically driven pump

Info

Publication number: RU2430273C1
Application number: RU2010109236/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Иванов (RU); Александр Александрович Иванов
Original assignee: Александр Александрович Иванов
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-27

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: control station 1 comprises controller 3, microprocessor computer 2, frequency converter 4 incorporating rectifier 7 of DC link, inverter 8, and gate control signal generator 9. Besides, said station includes filter 11 and two current transducer units 10 and 12. Output of inverter 8 is connected via current transducer unit 10 to input of output filter 11. Output of the latter is connected via current transducer unit 12 to output 13 of control station 1, while data output A of current transducer unit 10 is connected to first data input of computer 2. Data output A of second current transducer unit 12 is connected to second input of computer 8. ^ EFFECT: control over rectifier and induction motors by one control station, power savings. ^ 2 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к нефтедобывающему оборудованию, а именно к станциям управления двигателями электроцентробежных насосов, и может быть использована для добычи пластовой жидкости с помощью насосов.The invention relates to oil-producing equipment, and in particular to engine control stations of electric centrifugal pumps, and can be used to produce reservoir fluid using pumps.

Уровень техникиState of the art

Известна система управления бездатчиковым двигателем (см. В.Н.Вае, et al., "Implementation of sensorless vector control for super-high-speed PMSM of turbo-compressor" IEEE Trans, on Industry Applications, Vol.39, No.3, p.811-818, 2003), включающая в себя микропроцессорный вычислитель, преобразователь частоты и датчик тока. Недостатком данной системы управления является отсутствие автоматического задание частоты вращение в зависимости от режима работы насоса и невозможность управления двигателем через кабель требуемой длины (для погружных электроцентробежных насосов - 2500…3500 м). Кроме того, данная система не позволяет управлять асинхронным двигателем.A known sensorless engine control system (see V.N. Wae, et al., "Implementation of sensorless vector control for super-high-speed PMSM of turbo-compressor" IEEE Trans, on Industry Applications, Vol.39, No.3 , p.811-818, 2003), including a microprocessor computer, a frequency converter and a current sensor. The disadvantage of this control system is the lack of automatic speed setting depending on the pump operating mode and the inability to control the motor through a cable of the required length (for submersible electric centrifugal pumps - 2500 ... 3500 m). In addition, this system does not allow controlling an induction motor.

Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является электронасосная погружная установка (см. RU 2303715 С1, 27.07.2007) с универсальной станцией управления. Станция управления включает в себя контроллер, микропроцессорный вычислитель, преобразователь частоты и блок датчиков тока. Преобразователь частоты состоит из последовательно соединенных выпрямителя, фильтра звена постоянного тока и инвертора с формирователем сигналов управления ключами. В состав данной станции управления входит контроллер, который обеспечивает задание частоты вращения насоса в зависимости от режима эксплуатации. Структура микропроцессорного вычислителя позволяет управлять двигателем через кабель большой длины.The closest analogue to the proposed invention is an electric pump submersible installation (see RU 2303715 C1, 07.27.2007) with a universal control station. The control station includes a controller, a microprocessor calculator, a frequency converter and a block of current sensors. The frequency converter consists of a series-connected rectifier, a DC-link filter and an inverter with a key driver. The structure of this control station includes a controller that provides a task of the pump speed depending on the operating mode. The structure of the microprocessor calculator allows you to control the engine through a long cable.

Однако в указанном прототипе, так же как и в первом аналоге, имеется недостаток, связанный с невозможностью управления асинхронным двигателем. Кроме того, выходное напряжения станции управления имеет прямоугольную форму, что увеличивает потери в двигателе, вызывает пульсации вращающего момента на валу двигателя и приводит к возникновению перенапряжений в цепи «станция управления - повышающий трансформатор - погружной кабель-электродвигатель». Дополнительные потери в электродвигателе вызывают повышенный нагрев, что снижает ресурс изоляции и в конечном итоге приводит к ее выходу из строя. Пульсации момента на валу электродвигателя приводят к повышению вибрации и снижению ресурса двигателя и погружного насоса в целом. Перенапряжения в цепи «станция управления - повышающий трансформатор - погружной кабель - электродвигатель» могут привести к пробою изоляции трансформатора, кабеля или электродвигателя.However, in the specified prototype, as well as in the first analogue, there is a disadvantage associated with the inability to control an induction motor. In addition, the output voltage of the control station has a rectangular shape, which increases losses in the engine, causes pulsation of torque on the motor shaft and leads to overvoltages in the circuit "control station - step-up transformer - immersion cable-electric motor". Additional losses in the electric motor cause increased heating, which reduces the insulation resource and ultimately leads to its failure. The pulsations of the moment on the motor shaft lead to increased vibration and a decrease in the resource of the motor and the submersible pump as a whole. Overvoltages in the circuit "control station - step-up transformer - immersion cable - electric motor" can lead to a breakdown in the insulation of the transformer, cable or electric motor.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача и технический результат изобретения состоят в возможности управления от одной станции управления как вентильным, так и асинхронным погружным двигателем, а также в увеличении ресурса оборудования за счет того, что выходное напряжение станции управления имеет синусоидальную форму, что исключает перенапряжения в электрической цепи при работе и снижает пульсации момента на валу электродвигателя. Кроме того, такая форма напряжения обеспечивает экономию электроэнергии за счет отсутствия дополнительных потерь от высших гармоник.The objective and technical result of the invention consists in the ability to control from a single control station both a valve and an asynchronous submersible motor, as well as to increase the resource of the equipment due to the fact that the output voltage of the control station has a sinusoidal shape, which eliminates overvoltage in the electrical circuit during operation and reduces torque ripple on the motor shaft. In addition, this form of voltage provides energy savings due to the absence of additional losses from higher harmonics.

Указанный технический результат достигается тем, что универсальная станция управления погружным электронасосом, содержащая микропроцессорный вычислитель, преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных выпрямителя, фильтра звена постоянного тока, инвертора и формирователя сигналов управления ключами, входы которого подключены к выходу микропроцессорного вычислителя, первый блок датчиков тока и контроллер, выход которого подключен к входу задания частоты микропроцессорного вычислителя, причем вход выпрямителя подключен к силовому входу станции управления, согласно изобретению дополнительно содержит выходной фильтр и второй блок датчиков тока, причем выход инвертора подключен через первый блок датчиков тока к входу выходного фильтра, выход которого через второй блок датчиков тока подключен к выходу станции управления, а информационный выход первого блока датчиков тока подключен к первому информационному входу микропроцессорного вычислителя, причем информационный выход второго блока датчиков тока подключен ко второму информационному входу микропроцессорного вычислителя.The specified technical result is achieved by the fact that a universal submersible pump control station containing a microprocessor computer, a frequency converter, consisting of a series-connected rectifier, a DC link filter, an inverter and a key driver, whose inputs are connected to the output of the microprocessor computer, the first block of current sensors and a controller, the output of which is connected to the input of the frequency reference of the microprocessor computer, and the input of the rectifier p Connected to the power input of the control station, according to the invention further comprises an output filter and a second block of current sensors, the inverter output being connected through the first block of current sensors to the input of the output filter, the output of which through the second block of current sensors is connected to the output of the control station, and the information output of the first a block of current sensors is connected to the first information input of the microprocessor computer, and the information output of the second block of current sensors is connected to the second information input microprocessor computer.

Кроме того, в универсальной станции управления преобразователь частоты может содержать датчик напряжения, а микропроцессорный вычислитель может включать три сумматора, регулятор скорости, блок задания тока, два регулятора тока статора, преобразователь координат, блок вычисления скважности, формирователь широтно-импульсной модуляции, два преобразователя тока и блок вычисления, причем прямой вход первого сумматора подключен к входу задания частоты микропроцессорного вычислителя, а выход первого сумматора подключен к входу регулятора скорости, выход которого подключен к прямому входу второго сумматора, выход которого подключен к первому входу первого регулятора тока статора, выход которого подключен к первому входу преобразователя координат, первый выход которого подключен к первому входу блока вычисления скважности и первому входу блока вычисления, а второй выход преобразователя координат подключен ко второму входу блока вычисления скважности и второму входу блока вычисления, причем третий вход блока вычисления скважности подключен к информационному выходу датчика напряжения, вход которого подключен к выходу входного фильтра, а выходы блока вычисления скважности подключены к формирователю широтно-импульсной модуляции, при этом выход блока задания тока подключен к прямому входу третьего сумматора, а выход третьего сумматора подключен к первому входу второго регулятора тока статора, выход которого подключен ко второму входу преобразователя координат, причем вход первого преобразователя тока подключен к первому информационному входу микропроцессорного вычислителя, а первый выход первого преобразователя тока подключен к третьему входу блока вычисления и ко второму входу первого регулятора тока статора, а второй выход первого преобразователя тока подключен к четвертому входу блока вычисления и ко второму входу второго регулятора тока статора, причем вход второго преобразователя тока подключен ко второму информационному входу микропроцессорного вычислителя, а первый выход второго преобразователя тока подключен к пятому входу блока вычисления и к инверсному входу второго сумматора, а второй выход второго преобразователя тока подключен к шестому входу блока вычисления и к инверсному входу третьего сумматора, причем первый выход блока вычисления подключен к третьему входу преобразователя координат, а второй выход блока вычисления подключен к инверсному входу.In addition, in a universal control station, the frequency converter can contain a voltage sensor, and the microprocessor calculator can include three adders, a speed controller, a current setting unit, two stator current controllers, a coordinate converter, a duty cycle calculation unit, a pulse-width modulation driver, two current converters and a calculation unit, wherein the direct input of the first adder is connected to the input of the frequency setting of the microprocessor calculator, and the output of the first adder is connected to the input of the controller speed, the output of which is connected to the direct input of the second adder, the output of which is connected to the first input of the first stator current controller, the output of which is connected to the first input of the coordinate transformer, the first output of which is connected to the first input of the duty cycle calculation unit and the first input of the calculation unit, and the second output the coordinate converter is connected to the second input of the duty cycle calculation unit and the second input of the calculation unit, and the third input of the duty cycle calculation unit is connected to the information output of the dates voltage indicator, the input of which is connected to the output of the input filter, and the outputs of the duty cycle calculation unit are connected to the pulse width modulator, the output of the current setting unit is connected to the direct input of the third adder, and the output of the third adder is connected to the first input of the second stator current controller, the output of which is connected to the second input of the coordinate transformer, and the input of the first current transducer is connected to the first information input of the microprocessor calculator, and the first output of the first the current generator is connected to the third input of the calculation unit and to the second input of the first stator current controller, and the second output of the first current converter is connected to the fourth input of the calculation unit and to the second input of the second stator current controller, and the input of the second current converter is connected to the second information input of the microprocessor calculator and the first output of the second current converter is connected to the fifth input of the calculation unit and to the inverse input of the second adder, and the second output of the second converter eye connected to the sixth input of the calculation and to the inverse input of the third adder, the first calculating unit output is connected to the third input of the coordinate converter and the second output calculation unit is connected to the inverse input.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 показана структурная схема универсальной станции управления.Figure 1 shows the structural diagram of a universal control station.

На фиг.2 показан пример использования универсальной станции управления с электронасосной погружной установкой в комплекте с вентильным погружным электродвигателем.Figure 2 shows an example of the use of a universal control station with an electric pump submersible installation complete with a valve submersible electric motor.

На фиг.3 показан пример использования универсальной станции управления с электронасосной погружной установкой в комплекте с асинхронным погружным электродвигателем.Figure 3 shows an example of using a universal control station with an electric pump submersible installation complete with an asynchronous submersible electric motor.

На фиг.4 показана структурная схема универсальной станции управления с дополнительным датчиком напряжения в преобразователе частоты и структурной схемой микропроцессорного вычислителя.Figure 4 shows a structural diagram of a universal control station with an additional voltage sensor in the frequency converter and a structural diagram of a microprocessor calculator.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Универсальная станция 1 управления (см. фиг.1) погружным электронасосом содержит микропроцессорный вычислитель 2, преобразователь 4 частоты, состоящий из последовательно соединенных выпрямителя 6, фильтра 7 звена постоянного тока, инвертора 8 и формирователя 9 сигналов управления ключами, входы которого подключены к выходу микропроцессорного вычислителя 2, первый блок 10 датчиков тока и контроллер 3. Выход А контроллера 3 (на всех фигурах выходы блоков обозначены буквами, а входы цифрами) подключен к входу 3 задания частоты микропроцессорного вычислителя 2. Вход выпрямителя 6 подключен к силовому входу 5 станции 1 управления. Станция 1 дополнительно содержит выходной фильтр 11 и второй блок 12 датчиков тока. Выход инвертора 8 подключен через первый блок 10 датчиков тока к входу выходного фильтра 11. Выход фильтра 11 через второй блок 12 датчиков тока подключен к выходу 13 станции 1 управления. Информационный выход А первого блока 10 датчиков тока подключен к информационному входу 1 микропроцессорного вычислителя 2, причем информационный выход А второго блока 12 датчика тока подключен к информационному входу 2 микропроцессорного вычислителя 2.The universal control station 1 (see Fig. 1) contains a microprocessor calculator 2, a frequency converter 4, consisting of a rectifier 6, a filter 7, a DC link, an inverter 8 and a driver 9 of key control signals, the inputs of which are connected to the microprocessor output calculator 2, the first block 10 of the current sensors and controller 3. Output A of controller 3 (in all figures, the outputs of the blocks are indicated by letters and the inputs by numbers) is connected to input 3 of the microprocessor frequency reference 2. Enter ychislitelya rectifier 6 is connected to the power input station 5 1 Control. Station 1 further comprises an output filter 11 and a second block 12 of current sensors. The output of the inverter 8 is connected through the first block 10 of the current sensors to the input of the output filter 11. The output of the filter 11 through the second block 12 of the current sensors is connected to the output 13 of the control station 1. The information output A of the first block 10 of the current sensors is connected to the information input 1 of the microprocessor calculator 2, and the information output A of the second block 12 of the current sensor is connected to the information input 2 of the microprocessor calculator 2.

На фиг.2 показан пример использования описываемой универсальной станции управления с электронасосной погружной установкой, спущенной в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 33, включающей погружной насос 34, входной модуль 35 и гидрозащиту 36, причем в качестве привода используется вентильный погружной электродвигатель (ВПЭД) 37, который подключен к выходу 13 станции 1 управления через повышающий трансформатор 32.Figure 2 shows an example of the use of the described universal control station with an electric pump submersible installation, lowered into the well on tubing 33, including a submersible pump 34, an input module 35 and a hydraulic protection 36, and a valve submersible motor is used as a drive ( VPED) 37, which is connected to the output 13 of the control station 1 through a step-up transformer 32.

На фиг.3 показан пример использования описываемой универсальной станции 1 управления с электронасосной погружной установкой, спущенной в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ) 33, включающей погружной насос 34, входной модуль 35 и гидрозащиту 36, причем в качестве привода используется асинхронный погружной электродвигатель (ПЭД) 39, который подключен к выходу 13 станции 1 управления через повышающий трансформатор 32.Figure 3 shows an example of the use of the described universal control station 1 with an electric pump submersible installation, lowered into the well on tubing 33, including a submersible pump 34, an input module 35 and a hydraulic protection 36, and an asynchronous submersible motor is used as a drive (PED) 39, which is connected to the output 13 of the control station 1 through a step-up transformer 32.

Преобразователь частоты 4 может содержать датчик 31 напряжения (см. фиг.4), а микропроцессорный вычислитель 2 может включать три сумматора 14, 17, 18, регулятор 15 скорости, блок 16 задания тока, два регулятора 19, 20 тока статора, преобразователь 25 координат, блок 27 вычисления скважности, формирователь 30 широтно-импульсной модуляции, два преобразователя 28, 29 тока и блок 26 вычисления. Причем прямой вход (на Фиг.4 прямые входы сумматоров обозначены символом «+», а инверсные - символом «-») первого сумматора 14 подключен к входу 3 задания частоты микропроцессорного вычислителя 2, а выход первого сумматора 14 подключен к входу 1 регулятора 15 скорости, выход А которого подключен к прямому входу второго сумматора 18, выход которого подключен к входу 1 первого регулятора 20 тока статора. Выход А регулятора 20 подключен к входу 1 преобразователя 25 координат, выход А которого подключен к входу 1 блока 27 вычисления скважности и входу 1 блока 26 вычисления, а выход В преобразователя 25 координат подключен к входу 2 блока 27 вычисления скважности и входу 2 блока 26 вычисления. Вход 3 блока 26 вычисления скважности подключен к информационному выходу А датчика 31 напряжения, измерительный вход которого подключен к выходу входного фильтра 7, а выходы А и В блока 27 вычисления скважности подключены, соответственно, к входам 1 и 2 формирователя 30 широтно-импульсной модуляции. При этом выход А блока 16 задания тока подключен к прямому входу третьего сумматора 17, а выход третьего сумматора 17 подключен к входу 1 второго регулятора 19 тока статора. Выход А регулятора 19 подключен ко входу 2 преобразователя 25 координат. Вход 1 первого преобразователя 28 тока подключен к информационному входу 1 микропроцессорного вычислителя 2, а выход А первого преобразователя 28 тока подключен к входу 3 блока 26 вычисления и к входу 2 первого регулятора 20 тока статора, а выход В первого преобразователя 28 тока подключен к входу 4 блока 26 вычисления и к входу 2 второго регулятора 19 тока статора. Вход 1 второго преобразователя 29 тока подключен к информационному входу 2 микропроцессорного вычислителя 2, а выход А второго преобразователя 29 тока подключен к входу 5 блока 26 вычисления и к инверсному входу второго сумматора 18. Выход В второго преобразователя 29 тока подключен к входу 6 блока 26 вычисления и к инверсному входу третьего сумматора 17, причем выход А блока 26 вычисления подключен к входу 3 преобразователя 25 координат, а выход В блока 26 вычисления подключен к инверсному входу первого сумматора 14.The frequency converter 4 may include a voltage sensor 31 (see Fig. 4), and the microprocessor calculator 2 may include three adders 14, 17, 18, a speed controller 15, a current setting unit 16, two stator current controllers 19, 20, a coordinate converter 25 , duty cycle calculation unit 27, pulse width modulation driver 30, two current converters 28, 29, and calculation unit 26. Moreover, the direct input (in Fig. 4 the direct inputs of the adders are indicated by the symbol “+”, and the inverters by the symbol “-”) of the first adder 14 is connected to the input 3 of the frequency reference of the microprocessor calculator 2, and the output of the first adder 14 is connected to the input 1 of the speed controller 15 whose output A is connected to the direct input of the second adder 18, the output of which is connected to input 1 of the first stator current controller 20. The output A of the controller 20 is connected to the input 1 of the coordinate converter 25, the output A of which is connected to the input 1 of the duty cycle calculation unit 27 and the input 1 of the calculation unit 26, and the output B of the coordinate converter 25 is connected to the input 2 of the duty cycle calculation unit 27 and the input 2 of the calculation unit 26 . The input 3 of the duty cycle calculation unit 26 is connected to the information output A of the voltage sensor 31, the measuring input of which is connected to the output of the input filter 7, and the outputs A and B of the duty cycle calculation unit 27 are connected, respectively, to the inputs 1 and 2 of the pulse width modulator 30. In this case, the output A of the current setting unit 16 is connected to the direct input of the third adder 17, and the output of the third adder 17 is connected to the input 1 of the second stator current controller 19. The output And the controller 19 is connected to the input 2 of the Converter 25 coordinates. The input 1 of the first current converter 28 is connected to the information input 1 of the microprocessor calculator 2, and the output A of the first current converter 28 is connected to the input 3 of the calculation unit 26 and to the input 2 of the first stator current controller 20, and the output B of the first current converter 28 is connected to input 4 block 26 of the calculation and to the input 2 of the second controller 19 of the stator current. The input 1 of the second current converter 29 is connected to the information input 2 of the microprocessor calculator 2, and the output A of the second current converter 29 is connected to the input 5 of the calculation unit 26 and to the inverse input of the second adder 18. The output of the second current converter 29 is connected to the input 6 of the calculation unit 26 and to the inverse input of the third adder 17, and the output A of the calculation unit 26 is connected to the input 3 of the coordinate transformer 25, and the output B of the calculation unit 26 is connected to the inverse input of the first adder 14.

Трехфазное напряжение питающей сети подается на вход 5 станции 1 управления, откуда поступает на выпрямитель 6, который может быть выполнен по схеме мостового управляемого или полууправляемого выпрямителя, что обеспечивает плавный заряд конденсаторов фильтра 7 звена постоянного тока. Фильтр 7 звена постоянного тока обеспечивает сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения и может состоять из конденсатора (батареи конденсаторов) и дросселя или только из конденсатора (батареи конденсаторов). Постоянное напряжение с фильтра 7 поступает на инвертор 8, который выполнен по схеме мостового инвертора напряжения и обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное с заданной контроллером станции управления 3 частотой первой гармоники и определяемой микропроцессорным вычислителем 2 частотой и скважностью широтно-импульсной модуляции. С выхода инвертора 8 напряжение через первый блок 10 датчиков тока, представляющий собой три датчика тока (по одному в каждой фазе), поступает на синус-фильтр 11, выполненный по схеме трехфазного LC-фильтра и обеспечивающий синусоидальную форму напряжения, и далее через второй блок 12 датчиков тока, представляющий собой три датчика тока (по одному в каждой фазе), на выход 13 станции 1 управления. Блоки 10 и 12 датчиков тока формируют на своих информационных выходах трехфазные сигналы, пропорциональные соответственно току фильтра и току статора электромеханического преобразователя (выходному току станции управления).The three-phase voltage of the supply network is supplied to the input 5 of the control station 1, from where it is supplied to the rectifier 6, which can be made according to the bridge controlled or semi-controlled rectifier circuit, which ensures a smooth charge of the filter capacitors of the DC link 7. The DC link filter 7 provides smoothing of the ripples of the rectified voltage and can consist of a capacitor (capacitor bank) and a reactor or only a capacitor (capacitor bank). The constant voltage from the filter 7 is supplied to the inverter 8, which is made according to the bridge voltage inverter circuit and provides the conversion of direct voltage to variable with the frequency of the first harmonic given by the controller of the control station 3 and the frequency and duty cycle of the pulse-width modulation determined by microprocessor calculator 2. From the output of the inverter 8, the voltage through the first block 10 of the current sensors, which is three current sensors (one in each phase), is supplied to the sine filter 11, made according to the scheme of a three-phase LC filter and providing a sinusoidal voltage shape, and then through the second block 12 current sensors, which is three current sensors (one in each phase), to the output 13 of the control station 1. The blocks 10 and 12 of the current sensors generate three-phase signals at their information outputs, which are proportional, respectively, to the filter current and the stator current of the electromechanical converter (output current of the control station).

Контроллер 3 станции 1 управления в зависимости от требуемого режима работы насоса 34 формирует на своем выходе А сигнал, пропорциональный заданной частоте вращения вала электродвигателя 37 или 39, который поступает на прямой вход сумматора 14. На инверсный вход сумматора 14 приходит сигнал, пропорциональный текущей частоте вращения. С выхода сумматора 14 сигнал, пропорциональный разности заданной и текущей частоты вращения (сигнал ошибки) поступает на вход 1 регулятора 15 скорости, который может быть выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора. С выхода А регулятора 15 скорости сигнал, пропорциональный заданному значению тока статора оси q, ортогональной направлению магнитного потока ротора электромеханического преобразователя, подается на прямой вход сумматора 18, на инверсный вход которого поступает сигнал, пропорциональный текущему значению тока статора по оси q. С выхода сумматора 18 сигнал подается на вход 1 регулятора 20 тока статора по оси q, который может быть реализован как пропорционально-интегральный регулятор. На вход 2 регулятора 20 тока поступает сигнал, пропорциональный току фильтра по оси q. На выходе А регулятора 20 тока формируется сигнал, пропорциональный составляющей вектора напряжения по оси q.The controller 3 of the control station 1, depending on the desired operating mode of the pump 34, generates at its output A a signal proportional to the specified rotation speed of the motor shaft 37 or 39, which is fed to the direct input of the adder 14. A signal proportional to the current speed is received at the inverse input of the adder 14 . From the output of the adder 14, a signal proportional to the difference between the set and the current speed (error signal) is fed to input 1 of the speed controller 15, which can be made in the form of a proportional-integral controller. From the output A of the speed controller 15, a signal proportional to the specified value of the stator current of the q axis, orthogonal to the direction of the magnetic flux of the rotor of the electromechanical converter, is fed to the direct input of the adder 18, the inverse input of which receives a signal proportional to the current value of the stator current along the q axis. From the output of the adder 18, the signal is fed to the input 1 of the stator current controller 20 along the q axis, which can be implemented as a proportional-integral controller. Input 2 of the current controller 20 receives a signal proportional to the filter current along the q axis. At the output A of the current controller 20, a signal is generated proportional to the component of the voltage vector along the q axis.

Блок 16 задания тока задает ток статора по оси d, совпадающей с направлением магнитного потока ротора электромеханического преобразователя. Сигнал, пропорциональный заданному току статора по оси d поступает на прямой вход сумматора 17, на инверсный вход которого приходит сигнал, пропорциональный текущему току статора по оси d. С выхода сумматора 17 сигнал подается на вход 1 регулятора 19 тока статора по оси d, который может быть реализован как пропорционально-интегральный регулятор. На вход 2 регулятора 19 тока поступает сигнал, пропорциональный току фильтра по оси d. На выходе А регулятора тока 19 формируется сигнал, пропорциональный составляющей вектора напряжения по оси q.The current setting unit 16 sets the stator current along the d axis, which coincides with the direction of the magnetic flux of the rotor of the electromechanical converter. A signal proportional to the given stator current along the d axis is fed to the direct input of the adder 17, to the inverse input of which a signal is proportional to the current stator current along the d axis. From the output of the adder 17, the signal is fed to the input 1 of the controller 19 of the stator current along the d axis, which can be implemented as a proportional-integral controller. Input 2 of the current controller 19 receives a signal proportional to the filter current along the d axis. At the output A of the current controller 19, a signal is generated proportional to the component of the voltage vector along the q axis.

С регуляторов 19, 20 тока сигналы, пропорциональные составляющим напряжения по осям d и q, поступают соответственно на входы 2 и 1 преобразователя 25 координат, на вход 3 которого приходит сигнал, пропорциональный углу относительного положения ротора и статора электромеханического преобразователя. Преобразователь 25 координат обеспечивает преобразование из вращающейся ортогональной системы координат (с осями d и q) в статическую ортогональную систему координат (с осями α и β). С выхода преобразователя координат сигналы, пропорциональные составляющим напряжения по осям α и β поступают на входы 1 и 2 блока 27 вычисления скважности, на вход 3 которого приходит сигнал с датчика 31 напряжения, пропорциональный напряжению в звене постоянного тока преобразователя частоты. Блок 27 вычисления скважности вычисляет 2 интервала времени, в течение которых инвертор 8 будет находиться соответственно в двух из возможных шести ненулевых состояниях. Оставшееся время периода инвертор 8 будет находиться в нулевом состоянии. По полученным интервалам времени формирователь 30 ШИМ формирует шесть сигналов управления инвертором 8, которые поступают на формирователь 9 сигналов управления ключами, который преобразует их в сигналы с уровнями, необходимыми для коммутации ключей инвертора 8.From the current regulators 19, 20, signals proportional to the voltage components along the d and q axes are respectively supplied to the inputs 2 and 1 of the coordinate transformer 25, the input 3 of which receives a signal proportional to the angle of the relative position of the rotor and stator of the electromechanical converter. The coordinate converter 25 provides a conversion from a rotating orthogonal coordinate system (with axes d and q) to a static orthogonal coordinate system (with axes α and β). From the output of the coordinate converter, signals proportional to the voltage components along the α and β axes are fed to the inputs 1 and 2 of the duty cycle calculation unit 27, to the input 3 of which the signal from the voltage sensor 31 is proportional to the voltage in the DC link of the frequency converter. The duty cycle calculating unit 27 calculates 2 time intervals during which the inverter 8 will be in two of six possible nonzero states, respectively. The remaining time period of the inverter 8 will be in the zero state. Based on the received time intervals, the PWM driver 30 generates six control signals of the inverter 8, which are supplied to the driver of the key management signals 9, which converts them into signals with the levels necessary for switching the keys of the inverter 8.

Сигнал с информационного выхода А блока 10 датчиков тока, пропорциональный текущему трехфазному току фильтра 11, поступает на вход 1 первого преобразователя 28 тока, который преобразует трехфазный ток фильтра 11 в двухфазный (по осям d и q).The signal from the information output A of the block 10 of the current sensors, proportional to the current three-phase current of the filter 11, is fed to the input 1 of the first current converter 28, which converts the three-phase current of the filter 11 into two-phase (along the axes d and q).

Сигнал с информационного выхода А блока датчиков тока 12, пропорциональный, текущему трехфазному току статора электромеханического преобразователя поступает на вход 1 второго преобразователя тока 29, который преобразует трехфазный ток статора в двухфазный (по осям d и q).The signal from the information output A of the current sensor block 12, which is proportional to the current three-phase current of the stator of the electromechanical converter, is fed to input 1 of the second current converter 29, which converts the three-phase stator current into two-phase (along the d and q axes).

Преобразователь 25 координат, блок 27 вычисления скважности, формирователь 30 ШИМ и преобразователи 28 и 29 тока могут быть реализованы подобно тому, как это сделано в работе Чуева П.В. Разработка систем векторного управления асинхронными приводами на базе специализированных сигнальных микроконтроллеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, МЭИ, 2002 г.A coordinate converter 25, a duty cycle calculating unit 27, a PWM driver 30, and current converters 28 and 29 can be implemented similarly to how this was done by P. Chuev. Development of vector control systems for asynchronous drives based on specialized signal microcontrollers. The dissertation for the degree of candidate of technical sciences, Moscow, MPEI, 2002

Блок 26 вычисления, используя составляющие напряжения по осям α и β, получаемые с преобразователя 25 координат, токи фильтра 11 и статора по осям d и q, получаемые с преобразователей тока 28 и 29, вычисляет текущую частоту вращения ротора и угол относительного положения ротора и статора электромеханического преобразователя. Блок 26 вычисления может быть реализован подобно рассмотренному в первом аналоге.The calculation unit 26, using the voltage components along the α and β axes obtained from the coordinate converter 25, the filter currents 11 and the stator along the d and q axes, obtained from current converters 28 and 29, calculates the current rotor speed and the angle of the relative position of the rotor and stator electromechanical converter. Block 26 calculation can be implemented similarly to that described in the first analogue.

Предложенная структура универсальной станции управления может быть использована для управления как приводами погружных насосов, так и приводами любых других устройств с вентильными и асинхронными двигателями.The proposed structure of a universal control station can be used to control both drives of submersible pumps and drives of any other devices with valve and asynchronous motors.

Claims

1. A universal submersible pump control station containing a microprocessor computer, a frequency converter, consisting of a series-connected rectifier, a DC link filter, an inverter and a key driver, which inputs are connected to the output of the microprocessor computer, the first block of current sensors and a controller, the output of which connected to the frequency input of the microprocessor computer, and the input of the rectifier is connected to the power input of the control station, distinct which further comprises an output filter and a second block of current sensors, wherein the inverter output is connected through the first block of current sensors to the input of the output filter, the output of which through the second block of current sensors is connected to the output of the control station, and the information output of the first block of current sensors is connected to the first information input of the microprocessor computer, and the information output of the second block of current sensors is connected to the second information input of the microprocessor computer.

2. The universal control station according to claim 1, characterized in that the frequency converter comprises a voltage sensor, and the microprocessor calculator includes three adders, a speed controller, a current setting unit, two stator current regulators, a coordinate converter, a duty cycle calculation unit, a pulse-width driver modulation, two current converters and a calculation unit, and the direct input of the first adder is connected to the frequency input of the microprocessor computer, and the output of the first adder is connected to the input of the regulator speed, the output of which is connected to the direct input of the second adder, the output of which is connected to the first input of the first stator current controller, the output of which is connected to the first input of the coordinate transformer, the first output of which is connected to the first input of the duty cycle calculation unit and the first input of the calculation unit, and the second the coordinate converter output is connected to the second input of the duty cycle calculation unit and the second input of the calculation unit, and the third input of the duty cycle calculation unit is connected to the information output a voltage sensor, the input of which is connected to the output of the input filter, and the outputs of the duty cycle calculation unit are connected to the pulse width modulator, while the output of the current setting unit is connected to the direct input of the third adder, and the output of the third adder is connected to the first input of the second stator current controller, the output of which is connected to the second input of the coordinate transformer, and the input of the first current transducer is connected to the first information input of the microprocessor calculator, and the first output of the first a current converter is connected to the third input of the calculation unit and to the second input of the first stator current controller, and the second output of the first current converter is connected to the fourth input of the calculation unit and to the second input of the second stator current controller, and the input of the second current converter is connected to the second information input of the microprocessor calculator and the first output of the second current converter is connected to the fifth input of the calculation unit and to the inverse input of the second adder, and the second output of the second converter For current, it is connected to the sixth input of the calculation unit and to the inverse input of the third adder, the first output of the calculation unit being connected to the third input of the coordinate transformer, and the second output of the calculation unit connected to the inverse input.