专利名称：基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置及其监测方法
技术领域：
本发明涉及一种工作于地下2km-3km油井中潜油电机的无传感器温度测量技术。
背景技术：
潜油电机无传感器温度监测装置可满足各大油田开采后期，由于深度采油带来的 高温、高压负面效应对潜油电机工作状态的影响，克服现有潜油电机测温装置成本过高或 性能受限的不足，实时监测地下2km-3km油井中潜油电机的温度，保证潜油电泵机组运行 在良好的工况下，显著降低油井的检泵周期，大幅度提高油田的工作效率，带来显著的经济 效益。为获取潜油电机温度信息，最直接的方法是在电机上安装温度传感器，但由于油 井独特的高温高压特点，温度传感器的安装、信号传递等问题均制约着其在油井中的应用。 进口的多元测试仪因其成本限制难以普及，现有的潜油电机测温装置使用条件又受到诸多 限制，因此根据在地面上易于测量潜油电机定子电压、电流信号进行无传感器温度监测。电机无传感器参数测量的主要思想在于电机参数信号的获取是通过对电机电压、 电流信号的检测以及相应计算来实现的。目前国内外关于无传感器电机参数检测方法主要 有动态转速估计器参考自适应法、PI调节器自适应法、扩展卡尔曼滤波算法、基于神经网络 的自适应转速辩识方法及高频注入法等。但上述方法多限于地面工作电机的参数监测。
发明内容
本发明在现有的潜油电机无传感器温度监测装置的基础上为了进一步解决 2km-3km油井中潜油电机的温度实时监测的问题，而提出了基于直流注入思想的潜油电机 无传感器温度在线监测装置及其监测方法。本发明的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置包括采样电 阻Rrart、场效晶体管M0SFET、场效晶体管驱动器、采样电阻电压互感器PT1、潜油电机定子相 电流互感器CT、信号调理电路和控制电路；在三相电源与电机连线中一相上串联有采样电 阻Rext，并且采样电阻Rext的两端并联有采样电阻电压互感器PTl和场效晶体管M0SFET， 所述的三相电源与电机连线中一相上还设置有电流互感器CT，电流互感器CT的电流信号 输出端和采样电阻电压互感器PTl的电压信号输出端分别连接信号调理电路的电流信号 输入端和电压信号输入端，信号调理电路的调理信号输出端连接控制电路的调理信号输入 端，控制电路的场效晶体管MOSFET信号输出端连接场效晶体管驱动器的控制信号输入端， 场效晶体管驱动器的控制信号输出端连接场效晶体管MOSFET的受控端。本发明的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测方法为控制电路 通过场效晶体管驱动器控制场效晶体管MOSFET的开关，并实时通过潜油电机定子相电流 互感器CT和采样电阻电压互感器PTl采集定子相电流和采样电阻Rext两端电压通过信号 调理电路发送回控制电路，控制电路再用傅立叶公式计算出它们的直流分量Ias.d。和Vsw.d。；然后控制电路根据得到的直流分量Ias. d。和Vsw. d。计算电机定子温度
权利要求
1.基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置，其特征在于它包括采样 电阻Rext、场效晶体管M0SFET、场效晶体管驱动器(1)、采样电阻电压互感器PT1、潜油电机 定子相电流互感器CT、信号调理电路⑵和控制电路(3)；在三相电源与电机连线中一相上 串联有采样电阻Rext,并且采样电阻Rext的两端并联有采样电阻电压互感器PTl和场效晶体 管M0SFET，所述的三相电源与电机连线中一相上还设置有电流互感器CT，电流互感器CT的 电流信号输出端和采样电阻电压互感器PTl的电压信号输出端分别连接信号调理电路(2) 的电流信号输入端和电压信号输入端，信号调理电路O)的调理信号输出端连接控制电路 (3)的调理信号输入端，控制电路(3)的场效晶体管MOSFET信号输出端连接场效晶体管 驱动器(1)的控制信号输入端，场效晶体管驱动器(1)的控制信号输出端连接场效晶体管 MOSFET的受控端。
2.根据权利要求1所述的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置， 其特征在于还包括电机输入电压互感器PT2，电机输入电压互感器PT2串联在所述的三相 电源与电机连线中一相的电机输入端。
3.根据权利要求1或2所述的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装 置，其特征在于还包括液晶显示电路(5)，控制电路(3)的数据信号输出端连接液晶显示电 路(5)的数据信号输入端。
4.根据权利要求3所述的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置， 其特征在于还包括热敏电阻R和惠斯登电桥，热敏电阻R设置在电机定子中，热敏电阻 R的输出端连接惠斯登电桥⑷的输入端，惠斯登电桥⑷的输出端连接控制电路⑶的差 压信号输入端。
5.根据权利要求1或4所述的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装 置，其特征在于还包括第一继电器kl、第二继电器k2和电机电阻升温在线测试仪6，控制电 路(3)的第一继电器控制信号输出端连接第一继电器kl的电磁线圈，第一继电器kl的常 开触点与第二继电器k2的供电电源闭触点串联后与第二继电器k2的供电电源常开触点并 联，第二继电器k2的供电电源常开触点再与第二继电器k2的电磁线圈串联在电源上，第二 继电器k2的被控常开触点设置在三相电源与电机电阻升温在线测试仪(6)连线上，第二继 电器k2的被控常闭触点设置在三相电源与电机连线上，电机电阻升温在线测试仪(6)的控 制信号输出端连接工控机系统7的第一输入端，工控机系统7的第二输入端连接控制电路 (3)的控制信号输出端。
6.根据权利要求5所述的基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置， 其特征在于控制电路C3)为选用TMS320LFM07型DSP。
7.基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测方法，其特征在于它具体步骤 如下控制电路(3)通过场效晶体管驱动器(1)控制场效晶体管MOSFET的开关，并实时通 过潜油电机定子相电流互感器CT和采样电阻电压互感器PTl采集定子相电流和采样电阻 Rext两端电压通过信号调理电路⑵发送回控制电路(3)，控制电路(3)再用傅立叶公式计 算出它们的直流分量Ias.d。和Vsw.d。；然后控制电路⑶根据得到的直流分量Ias.d。和Vsw.d。计 算电机定子温度Ts =Ts0+(Rs-RJ ZaRs0式中，Ts0为基准温度，Rs0为基准温度对应的阻值，α为温度系数，Rs为估计的定子电 阻，h为估计的定子温度，即为最终得到的监测温度。
全文摘要
基于直流注入思想的潜油电机无传感器温度在线监测装置及其监测方法。它涉及无传感器温度测量技术。现有的潜油电机无传感器温度监测装置的基础上为了进一步解决2km-3km油井中潜油电机的温度实时监测的问题。在三相电源与电机连线中一相上串联有采样电阻，采样电阻并联采样电阻电压互感器和场效晶体管，所述的三相电源与电机连线中一相上有电流互感器；控制电路通过场效晶体管驱动器控制场效晶体管的开关，并实时通过电流互感器和采样电阻电压互感器采集定子相电流和采样电阻电压通过信号调理电路发送回控制电路，控制电路计算直流分量Ias.dc和Vsw.dc；然后计算电机定子温度为最终得到的监测温度。本发明为应用在潜油电机实时温度监测中的无传感器监测技术。
文档编号G01K7/22GK102052974SQ201010549429
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者任翔, 吕琳琳, 夏禹, 张凤娜, 徐殿国, 李临春, 王立国, 郝宏海 申请人:哈尔滨工业大学