[发明专利]井下长电缆直流电机PWM启动算法

说明书

本发明公开了井下长电缆直流电机PWM启动算法，根据电缆长度输入启动模式MD，换算电机初始启动能量,循环周期数Z控制单周期循环数和启动时间，单周期循环数由多到少，PWM均值由小到大，能量积累越多，启动时总线波动越平稳，对系统安全可靠性越高。该算法可以实现高效率、低内阻电机在长电缆条件下平稳快速启动，满足5000米长电缆条件下电机快速平稳启动，算法和逻辑可靠，可推广至同类型应用环境的低内阻电机启动。

技术领域

本发明涉及一种井下长电缆直流电机PWM启动算法，属于试井工艺技术领域。

技术背景

随着油田注入井测调工艺逐步发展，对试井直读测调仪中直流电机驱动技术和环境复杂适应性要求越来越高，大扭矩高效率微型伺服精密控制技术逐步应用，该类驱动电机的特点是效率高，自身功率损耗小，阻抗极小，在井下串接5000米以上供电电缆时，电机相当于纯电阻，直接启动瞬间电流非常大，电缆头电压损失大，且对总线电压波动较大，直接导致整个系统拉崩或者由于系统欠压保护导致电机启动不成功。

发明内容

本发明目的在于提供一种井下长电缆直流电机PWM启动算法，解决在井下串接5000米以上供电电缆时，电机直接启动导致系统拉崩或者由于系统欠压保护导致启动不成功问题，实现该类电机快速平稳启动的同时保证整个系统安全可靠性。

本发明的技术方案是这样构成的：

根据电缆长度输入启动模式MD，给定电机初始启动能量Q,PWM占空比随占循环周期Z、空比因子X(0～Z)增加而逐步增大，PWM平均幅度U逐步增大，能量积累越多，当达到电机启动所需能量，即启动成功；单周期低电平时间为t1,单周期高电平时间为t2,循环周期数为Z,单周期循环数为Y，电机启动时间为TT，信号幅度为U1,电缆长度为L，各参数计算公式如下：

启动模式MD＝L/255.......................1)

单周期低电平t1＝Z-X+MD....................2)

单周期高电平t2＝MD+X.....................3)

占空比P＝t2/t1........................4)

单周期内PWM平均电压U＝U1*t2/(t1+t2)＝5*(MD+X)/(Z+2MD)...5)

单周期循环时间t＝Y(t1+t2)..................6)

电机启动时间

公式5)，根据启动模式MD、循环周期Z先计算单周期内PWM平均电压，在输入启动模式MD、外循环数Z一定情况下，PWM输入平均电压U随占空比因子X增加而增大，且呈线性变化关系，同样，在占空比因子X、外循环数Z恒定下，PWM输入平均电压U随输入模式MD增加而增大。

公式7)，通过启动模式MD、单周期循环Y计算电机启动时间TT，它随启动模式MD增大而减少，即MD越大，PWM平均电压越大，电机启动越快，总线电压波动也大，反之，电机启动模式MD越小，PWM平均电压越小，启动越慢，总线电压波动越小。

与现有技术相比，该算法可以实现高效率、低内阻电机在长电缆条件下平稳快速启动，满足5000米长电缆条件下电机快速平稳启动，算法和逻辑可靠，可推广至同类型应用环境的低内阻电机启动。

附图说明

图1是PWM平均电压U、电机启动模式MD、启动时间TT三者特性曲线；

图2是PWM波形变换示意图；

图3展示了5000米直接启动(左)、PWM启动(右)总线波动对比图；