自动垂直钻井系统无刷直流电机调速控制研究

2 0 1 2年 第 2 6卷 第 6期 石 油 仪 器 P ETRoL EUM I NS TRUM ENI S · 1 3· · 开发设计 · 自动垂直钻井系统无刷直流电机调速控制研究 李 雪 白玉新 张建国 吴文晋 何雨昂 ( 北京精密机 电控制设备研究所 北京 ) 摘 要 ：基于旋 变／ 数字 转换 器 A D 2 S 1 2 1 0 激励 旋转 变压 器模 拟 信 号 ，并将模 拟 信 号转换 为数字 信 号进行 位 置检 测 的方 案 ，设 计 了 一 种 无刷直 流 电机 调速 系统 。介 绍 了旋 转 变压 器的 基本原 理 ，设计 了 A D 2 S 1 2 1 0的外 围接 口，使 用 了一 种 简单 易行 的励磁 电路 ，并在此 基础 上设 计 了无刷直 流 电机 调速 系统 。实验 表明 ， 所 设计 的 无刷 直 流 电机调 速 系统 能够精 确地 调 节 电机 转速 ，进 而控制 垂直 钻 井 系统纠斜 机构 的推 力 ，实 现 自动垂直 钻 进 。 关 键 词 ：垂 直钻 井 ；无刷 直流 电机 ；电机调 速 ；旋转 变压 器 中图法分类 号 ：T E 2 4 3 文献标识码 ： B 文章 编号 ：1 0 0 4 — 9 1 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 — 0 0 1 3 - 0 2 0 引 言 自动垂直钻井技术是上世纪末发展起来的一项 自 动化钻井新技术 ， 是 降低油气开发成本、 提高油气采 收率的有效技术 ， 代表了 目前垂直钻井技术的最高水 平[ 】 ] 。无刷直流电机调速控制是 自动垂直钻井系统中 系统纠斜并保持垂直钻进的关键 因素， 也是下一步开 展旋转导向钻井的技术基础 。 无刷直流电机调速系统 常用的霍尔传感器[ 2 ] 、光栅编码器和旋转变压器等转 子位置检测传感器中， 旋转变压器的抗冲击震动 、 耐 高温 、 耐潮湿等环境适应性最强 ， 最适宜常年工作 于 井下恶劣环境中的钻井设备。 但是旋变需要一定频率 的交流励磁电压注入 ， 输 出模拟量信号，为了生成此 励磁信号并将旋变的模拟量输出变换成表示角度的数 字信号，需要设计旋变／ 数字 ( R ／ D )转换器及其外 围 电路[ 3 ] o本文介绍 了 A D 2 S 1 2 1 0 的外围接 口，以及无 刷直流 电机调速系统的设计 。 1 旋转 变压 器原 理 旋转变压器是 一种输 出电压值随转子转角变化 的传感器元件 。当旋变 的励磁绕组 以一定频率的交 流 电压励磁 时 ，输出的两相正交绕组 ......