湿接头式水平井测井工艺

湿接头式水平井测井工艺 湿接头式水平井测井工艺 1,17 摘要: 本文简要介绍了水平井的类型，并进行了三种水平井测井技术的对比，主要介绍了湿接头式水平井测井工艺的工作原理、主要装备及辅助设备、施工前的准备和施工中可能出现的问题及解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 1 引言 1.1 水平井技术受到石油经营者的青睐 目前，在油田勘探和开发过程中，对各种储层采用水平井技术进行勘探开发的 势头正迅猛地崛起，其主要原因是水平井可以提高泄油面积，井眼轨迹能够穿过更 多的垂直裂缝，极大地发挥出储层的潜力，提高原油的采收率，能比垂直井获得更 高的产能，弥补垂直井的不足。正是这种优势使得水平井技术赢得了石油经营者的 青睐，在世界范围内掀起了一股水平井技术研究与开发应用的热潮。 1.2 江苏油田复杂井测井技术的概况 由于江苏油田井下地质条件复杂，断层多;地面条件不好(水网地带，湖叉较 多)。受地面、井下条件限制，江苏油田钻的大斜度定向井较多，依靠常规测井工 艺进行测井有很大的困难，甚至有的大斜度定向井利用常规测井工艺根本测不了。 测井时效、测井一次成功率有很大的降低，对测井处、钻井处以及相关单位，造成 不必要的经济损失。所以，迫切需要一种有效的对付复杂井的测井技术。 水平井施工工艺就是这样一种测井新技术，是针对油田的大斜度定向井、水平 借助钻杆起下常规电缆测井系统进行测井的技术，同样也可以用于常井而 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的, 规方法不能施工的井下情况特别复杂的直井。目前，胜利、辽河、中原等油田的这 种技术都已相当成熟，江苏油田地质测井处也开始走向成熟阶段，填补此项空白。 2 水平井的类型 按造斜率划分分为大曲率半径水平井、中曲率半径水平井、小曲率半径水平井三类。水平井从垂直段变为水平的速度称为造斜速度或造斜率。 A、大曲率半径水平井 造斜率为2?——6?/100ft(6.5?——19.7?/100m)，相应的曲率半径为3000——1000ft，大曲率半径水平井在钻达目的层之前就能达到一个很大的水平位移，水平段一般为2000——5000ft。 B、中曲率半径水平井 造斜率为8?——50?/100ft(26?——164?/100m)，相应的曲率半径为700——125ft，水平段一般为1500——2000ft。 C、小曲率半径水平井 造斜率为1.5?——3?/ft(492?——983.6?/100m)，相应的曲率半径为40——20ft，水平段一般为300——400ft。小曲率半径井的造斜率很大，可在20——60ft的距离迅速达到90?的斜度。 湿接头式水平井测井工艺 2,17 3 水平井测井技术的对比 目前国内外主要有三种类型的钻杆输送电缆测井系统。 3.1 保护篮筐式钻杆输送电缆测井系统 保护篮筐式钻杆输送电缆测井系统，不需要公母湿接头，而是先把井下仪器保护套——篮筐接到钻杆底部，用钻杆把仪器保护套下至测量井段顶部，然后在钻杆柱的上端接上一个旁通短接，并把它与电缆连接的井下仪器串通过旁通短节下入钻杆内，最后用泥浆泵把仪器串和电缆泵下，当仪器串进入井下仪器保护套后，导向器和定位销使各种仪器定位和锁定之后，就可接钻杆下测和起钻杆上测。 它主要有仪器保护套和旁通接头两部分组成，该系统的优点是:不存在对接失败问题;可靠性较高，且仪器还不会落井。缺点是在复杂井、事故井施工时，由于该工艺旁通接头不密封，下井后不能开泵循环泥浆，容易卡钻，风险性大，很难保证仪器不被撞坏，且该工艺又不经济，需针对不同仪器制作各种特殊仪器保护套。 目前，该种水平井测井技术已逐渐淘汰不用。 3.2 钻杆定位式钻杆输送电缆测井系统 钻杆定位式输送电缆测井系统有公母卡子、旁通接头、调长钻杆和引鞋组成。旁通接头密封好，下井后可随时开泵循环。它的优点是安全系数较高、成本低、方法简便;缺点是不能下测，对井下仪器外径和钻杆水眼尺寸要求严格，相配套的井下仪器种类较少。 目前，该项测井技术在我油田已推广应用(墩2—19、庆5平2、丰收3平1、安丰平1)，但只能测自然伽码、补偿声波、双感应—八侧向、自然电位,不能为地质专家提供更多的井下资料。 3.3 湿接头式钻杆输送电缆测井系统 具有代表性的有斯仑贝谢公司的困难条件测井系统(TLCS)和哈里波顿公司的仪器推进系统(TOOLPUSHER)。 这种测井方法的优点是可利用常规测井仪器在裸眼或套管水平井中进行测量，所获得测井数据的精度较高，能为地质专家提供全套的井下资料。其缺点是测井湿接头存在对接头失败问题，测速慢，需钻井配合，承压能力有限，安全较差。 通过比较 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，结合我局实际，我们决定在推广应用钻杆定位式输送电缆测井系统之上，再引进湿接头式钻杆输送电缆测井系统。 4 湿接头式水平井测井工艺 4.1 工作原理 湿接头测井是把普通的电缆测井仪器串通过一个公头外壳连接到钻杆(油管)底部，然后由钻杆(油管)把仪器输送到目的层顶部。当仪器到达该点(目的层顶部)后，然后在钻杆(油管)柱的上端接上一个旁通短节，并把电缆(电缆末端接有一个母接头)通过旁通短节下入钻杆(油管)内，最后用泥浆泵把电缆泵下，使公、母接头在机械上锁定，电气上绝缘，在电路上接通，对接成功后就可进行下钻杆(油管)下测或起钻杆(油管)上测。 湿接头式水平井测井工艺 3,17 电缆通过旁通短节进入钻杆内。在旁通短节以下，电缆在钻杆里边，在旁通短节以 上，电缆在钻杆外面。在裸眼井中，电缆不能处在钻杆外面，因而，旁通短节不能下到 套管以下(即不能离开套管进入裸眼井段)。(如附图) 测井前，要使用钻具校深。 4.2 主要装备及辅助设备 4.2.1 公头总成 4.2.1.1 固定于公头外壳内并与仪器串的顶部相连接; 4.2.1.2 包括导向键，其作用是使泵下枪接头旋转至既定位置; 4.2.1.3 锁紧弹簧保证多芯泵下枪总成与公头总成的机械连接良好、不脱开，并 能在一定拉力下将泵下枪拉出; 4.2.1.4 带有电气连接的公插头。 4.2.2 泵下枪总成 有2in和2.25in两种外径的泵下枪，为湿接头母头部分，由顶部扶正器、加重杆、接头总成组成。顶部扶正器起扶正作用;加重杆增加泵下接头重力，可根据湿接头对接处井斜角的大小，确定加接加重杆的数量。 接头总成由钢外套与母插头总成组成，钢外套的上部设有电缆固定装置，将电缆头固定在其内部，它的底部呈斜面状，在斜面顶部设有与井下快速接头中导向键、弹簧锁点装置相匹配的缺口;电缆缆心靠绝缘套与母插头总成连接，母插头总成靠充满绝缘油的双层橡胶套与外界隔离，并按预定位置定位在钢外套下部内腔中，以便与井下快速接头的公插头对接无误。 泵下枪总成靠自重或泥浆柱压力快速下放，经公头外壳内扶正筒扶正，到达公头总成顶部，泵下枪总成底部斜面首先与导向键接触，产生一旋转力矩，转至缺口，然后依靠重力完成湿接头公头与母头的机械和电气连接。 4.2.3 公头外壳 4.2.3.1 把仪器串连接到钻杆的末端; 4.2.3.2 短节上的循环槽可通过钻杆循环泥浆; 4.2.3.3 带有导向筒，可使泵下枪总成在锁紧前对准公头。 4.2.4 旁通短节 使电缆由一侧穿过进入钻杆内。 4.2.5 偏心短节 4.2.5.1 使得该短节以下的仪器串偏置仪器轴线3/4in; 4.2.5.2 它用于极少的带有极板的仪器组合中。 4.2.6 旋转短节 4.2.6.1 使得该接头以下的仪器串旋转从而使极板转至贴着井眼的下井壁; 4.2.6.2 防止因钻杆转动而导致仪器串的转动。 4.2.7 井下张力计短节 4.2.7.1 它提供了井下仪器串所受负荷大小的信息，并通过电缆将其传给地面 确保下放和上提仪器串的安全; 湿接头式水平井测井工艺 4,17 4.2.7.2 它和钻台显示器一起使用，使得钻工和现场操作 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师了解是钻杆受 力还是仪器串受力。 4.2.8 柔性短节 4.2.8.1 一个用于多数仪器串的顶部用来减少钻杆对仪器串的侧向负荷; 4.2.8.2 他们也可用在仪器串不同位置来使仪器居中或偏心; 4.2.8.3 也可用于较高造斜率的井眼来增加仪器串的柔韧性(灵活度)。 4.2.9 导向胶锥/间隙器 许多种类的橡胶制品用来帮助水平井操作，水平井施工需要很硬的永久性 的橡胶。因为钻具用来推动仪器串，而软橡胶产品在水平井的下放操作中易撕 裂。 导向胶锥与标准自由落体电缆测井时使用的一样，它们帮助仪器串找到井 眼轨迹，间隙器用于避免仪器串在大斜度井眼中磨损。间隙器有时用于井眼中 测井仪的合适定位 4.2.10 加强保护套/底部缓冲装置 加强保护套给仪器连接部位提供附加的支撑、减少连接点弯曲的力和力矩; 有不同内径的保护套满足不同的仪器串配置;在仪器之间的连接部位和仪器的 薄弱环节必须使用加强保护套，以增强仪器串的抗折性能，确保仪器串工作正 常和顺利通过复杂的以及造斜率大的井眼;底部缓冲装置连接于仪器串的底部， 当仪器遇阻时，能够提供一定的缓冲时间，便于施工人员及时采取措施，最大 限度地保护仪器。 4.3 施工前的准备 4.3.1 测井前所需获得的信息 地区 井号 服务项目 预计测井日期 井深 垂深 测量井段 最大井斜 套管深度 套管尺寸 钻头尺寸 钻头变化 造斜点深度 最大造斜率(?/100ft) 有无狗腿度 钻杆尺寸 钻杆丝扣类型 钻杆最小内径 其他参数(井底温度、泥浆类型/比重、方位、特别说明、井眼轨迹图或数据表) 4.3.2 计算仪器串最大刚性长度 仪器串最大刚性长度可用下面的公式进行计算: 221/2 L=2*[(R+Bit)—(R+OD)] L为最大刚性长度;R为井眼的曲率半径。 Bit为钻头的尺寸(ft);OD为最大仪器外径(ft)。 曲率半径可由造斜率来计算: R=5729.66/B B为每100ft井斜变化量。 举例1:造斜率为每100ft/50?，钻头尺寸为8.5in，仪器外径5in。 曲率半径R=5729.66/B=5729.66/50=114.59 最大刚性长度L 湿接头式水平井测井工艺 5,17 221/2 L=2*[(114.59+8.5/12)—(114.59+5/12)]=16.62ft 举例2:造斜率为每100ft/50?，钻头尺寸为6in，仪器外径5in。 曲率半径R=5729.66/B=5729.66/50=114.59 最大刚性长度L 221/2 L=2*[(114.59+6/12)—(114.59+5/12)]=9.1ft 从例1、例2中可以看出: 对于相同的仪器，钻头越大，刚性长度越长。 4.4 施工中可能出现的问题及解决方案 对于水平井测井系统来说所有的工作都是不同地，很少有两样工作是相同或相似的，测井工程师必须一直注意工作进展如何，许多问题的出现导致经济损失，因此，我们要提前考虑到这些问题并采取相应措施。 4.4.1 湿接头对接问题 4.4.1.1 钻杆中存在填充物或岩屑问题 该问题是由于水泥胶结和钻具生锈引起的，通常由从井架吊起的单根 产生，但有时由起吊设备的绳索产生，接钻杆时要特别小心，将钻具放在 井架上竖起来或者将钻具灌满淡水能够减缓生锈过程，这在盐水泥浆中必 要的虽然这种情况极少发生。 如果钻具被碎屑堵塞并且正常循环不能进行或者由于泵下枪不能到锁 定位置，可以考虑反循环。在行动之前，要和钻井人员、油公司来人一起 彻底地讨论这个问题，他们应能计算最大反循环压力，确保不使井中打开 的地层形成裂缝。在某些情况下反循环是不可取的，这时是否进行反循环 要油公司人员来决定。 4.4.1.2 钻具内径太小 在放置钻具之前要尽可能的找出最小的钻具内径，包括普通钻具、转 换接头、加重钻杆等，那么应准备一个更小外径的泵下枪、导向筒、钢扶 正器和弱点盖子。 4.4.1.3 测井中碰锁松开/对接变性 在井斜角大于75度的井眼测井过程中碰锁松开常常发生，但这种情况 也能产生于井斜小的井中，为了减少或阻止这类问题的发生，对于锁住/释 放弹簧，我们应仔细的进行检查。 4.4.2 测井时出现的问题 4.4.2.1 运行速度问题 建议钻具下放或上起速度在套管井中为15m/min,在裸眼井中为 9m/min，即使电缆没有使用时也是适用的，这提供了一定的反应时间。 4.4.2.2 通讯问题 在测井操作室与钻台之间及时与直接的通讯是重要的。钻井人员不可 能看到发生的所有事，能够使工作转为灾难性后果的情况，如某种仪器断 裂之前停止下放钻具需要快速的通讯。因此，为了更好的工作，需要设计 湿接头式水平井测井工艺 6,17 一个良好可靠的通讯系统。 4.4.2.3 钻杆转动/极板定位/锁住滑车和转盘 在任何情况下钻杆也不能随仪器在井中转动。在地面上转动钻杆是使 密度极板转到井眼底侧紧贴井壁从而得到高质量密度曲线的一种方法。如 果密度极板没能正确定位，只能按测井人员的要求来旋转钻杆。那么旁通 短节必须在钻台上以避免电缆绕在钻杆上引起深度控制问题并且电缆损 坏。只有在大井眼或更大井眼中才能那么做，在转动钻杆或起下钻杆时必 须监视极板定位，当极板正确定位后，在仪器串上存在的任何扭矩应释放。 如果没有释放扭力矩，下放时，钻杆回转，电缆将在转盘处被切断。 4.4.3 深度问题 深度控制的标准步骤是用钻杆来计算深度，确保钻杆计数是正确的，要包括所有的短节、转换接头、旁通短节、钻具、单根钻具、仪器等。用电缆测量来检验总计数。 4.4.4 工具问题 4.4.4.1 旁通短节剪切螺栓/测后设备保养 4.4.4.2 旁通短节在大斜度井眼运行 只有旁通短节尺寸被正确选择，那么旁通短节在高角度条件下工作将 不成问题。如果旁通短节小于或略大于钻杆外径，电缆将在旁通短节上部 被毁坏;如果旁通短节尺寸大于钻杆外径，在任何时候恒定和正确保持张 力，将不会出现问题。 旁通短节在高角度斜井工作时，如果电缆的拉力下降，并且松弛着进 入井中，电缆将折断或拉紧时产生死结。 当钻杆移动时，若电缆不能保持足够的张力，钻杆将压过电缆，当旁 通短节在高角度井中时，此现象更明显，并对深度产生影响而且损坏的电 缆通常不能恢复。 当旁通短节在高角度井中工作时，要特别注意在旁通短节上保持一个大 于电缆重力的张力。 4.4.4.3 井径仪收不起来 井径仪不合拢不是一个经常性的问题，它通常是由于碰锁的短路或碰 锁开了。如果井径仪不合拢的话，不要下放钻杆，否则井径仪将损坏，这 在密度测井仪中由于有放射性源将非常危险，同时这也证实尽量避免在井 底进行重复曲线测量。 4.4.4.4 高温井中 当水平井施工时，仪器在井中停留较长时间，仪器的电子线路将在井 底温度下很长时间或几个小时连续工作。在高温井中，最好停下来定时循 环泥浆使仪器降温。 5 结束语 湿接头式水平井测井工艺 7,17 水平井测井是一种针对各种复杂井、大斜度井、水平井专门设计的一种施工方案。从以上内容看，是一种比常规测井风险大得多的施工作业，稍有不慎或与配合方失误，将浪费很多时间，甚至造成仪器的损失及工程事故。因此，要求在施工中，一定要按规定程序认真作好每一环节的工作。切记，一次性顺利完成工作是最快、最有效的施工。在施工前，制定出详细、完善的施工方案和预防措施，与钻井队密切合作，为油公司提供优质、准确的资料。 湿接头式水平井测井工艺 8,17 永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式 2008-11-07 来源:internet 浏览:504 主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。下面列出了采用增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。 增量式编码器的相位对齐方式 在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以及零位信号Z;带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下: 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号; 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置; 4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上(在此默认Z信号的常态为低电平)，锁定编码器与电机的相对位置关系; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。 撤掉直流电源后，验证如下: 湿接头式水平井测井工艺 9,17 1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形; 2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，编码器的Z信号也出现在这个过零点上。 上述验证方法，也可以用作对齐方法。 需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以: 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线; 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形; 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置; 4.一边调整，一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。 绝对式编码器的相位对齐方式 绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，方法如下: 湿接头式水平井测井工艺 10,17 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号; 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置; 4.一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，跳变沿都能准确复现，则对齐有效。 这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT，BiSS，Hyperface等串行 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化，其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM，存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下: 1.将编码器随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳; 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中; 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度 湿接头式水平井测井工艺 11,17 关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上，且无需精细，甚至简单的调整过程，操作简单，工艺性好。 如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM，又没有可供检测的最高计数位引脚，则对齐方法会相对复杂。如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示，则可以考虑: 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值; 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置; 4.经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算位置点都能准确复现，则对齐有效。 如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定。这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。 个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整定。 正余弦编码器的相位对齐方式 普通的正余弦编码器具备一对正交的sin，cos 1Vp-p信号，相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等;以及一个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一圈一般出现一个;这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin，则D信号为cos，通过sin、cos信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比 湿接头式水平井测井工艺 12,17 原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见;此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。 采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下: 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形; 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置; 4.一边调整，一边观察C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，过零点都能准确复现，则对齐有效。 撤掉直流电源后，验证如下: 1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形; 2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这种验证方法，也可以用作对齐方法。 此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑: 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线; 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形; 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置; 湿接头式水平井测井工艺 13,17 4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。 如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑: 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息; 3.调整旋变轴与电机轴的相对位置; 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果: 1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形; 2.转动电机轴，验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下: 1.将正余弦随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳; 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中; 湿接头式水平井测井工艺 14,17 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、正余弦编码器、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 旋转变压器的相位对齐方式 旋转变压器简称旋变，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电技术的编码器而言，具有耐热，耐振。耐冲击，耐油污，甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力，因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用，一对极(单速)的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，应用也最为广泛，因而在此仅以单速旋变为讨论对象，多速旋变与伺服电机配套，个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数，一便于电机度的对应和极对数分解。 旋变的信号引线一般为6根，分为3组，分别对应一个激励线圈，和2个正交的感应线圈，激励线圈接受输入的正弦型激励信号，感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系，感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果，如果激励信号是sinωt，转定子之间的角度为θ，则SIN信号为sinωt×sinθ，则COS信号为sinωt×cosθ，根据SIN，COS信号和原始的激励信号，通过必要的检测电路，就可以获得较高分辨率的位置检测结果，目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方，即4096，而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上，不过体积和成本也都非常可观。 商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下: 湿接头式水平井测井工艺 15,17 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出; 2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出; 3.依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或者旋变定子与电机外壳的相对位置; 4.一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完全归零，锁定旋变; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，信号包络的幅值过零点都能准确复现，则对齐有效 。 撤掉直流电源，进行对齐验证: 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形; 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这个验证方法，也可以用作对齐方法。 此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑: 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线; 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形; 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置; 4.一边调整，一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使这2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 需要指出的是，在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为θ的sinθ值对激励信号的调制结果，因而与sinθ的正半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号同相，而与sinθ的负半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信 湿接头式水平井测井工艺 16,17 号与原始激励信号反相，据此可以区别和判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周。对齐时，需要取sinθ由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点，如果取反了，或者未加准确判断的话，对齐后的电角度有可能错位180度，从而造成速度外环进入正反馈。 如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息，则可以考虑: 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 2.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息; 3.依据操作的方便程度，调整旋变轴与电机轴的相对位置，或者旋变外壳与电机外壳的相对位置; 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系; 5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果: 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形; 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储旋变随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下: 1.将旋变随机安装在电机上，即固结旋变转轴与电机轴，以及旋变外壳与电机外壳; 2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置; 3.用伺服驱动器读取由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值，并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中; 4.对齐过程结束。 湿接头式水平井测井工艺 17,17 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、旋变、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 注意 1.以上讨论中，所谓对齐到电机电角度的-30度相位的提法，是以UV反电势波形滞后于U相30度的前提为条件。 2.以上讨论中，都以UV相通电，并参考UV线反电势波形为例，有些伺服系统的对齐方式可能会采用UW相通电并参考UW线反电势波形。 3.如果想直接对齐到电机电角度0度相位点，也可以将U相接入低压直流源的正极，将V相和W相并联后接入直流源的负端，此时电机轴的定向角相对于UV相串联通电的方式会偏移30度，以文中给出的相应对齐方法对齐后，原则上将对齐于电机电角度的0度相位，而不再有-30度的偏移量。这样做看似有好处，但是考虑电机绕组的参数不一致性，V相和W相并联后，分别流经V相和W相绕组的电流很可能并不一致，从而会影响电机轴定向角度的准确性。而在UV相通电时，U相和V相绕组为单纯的串联关系，因此流经U相和V相绕组的电流必然是一致的，电机轴定向角度的准确性不会受到绕组定向电流的影响。 4.不排除伺服厂商有意将初始相位错位对齐的可能性，尤其是在可以提供绝对位置数据的反馈系统中，初始相位的错位对齐将很容易被数据的偏置量补偿回来，以此种方式也许可以起到某种保护自己产品线的作用。只是这样一来，用户就更加无从知道伺服电机反馈元件的初始相位到底该对齐到哪儿了。用户自然也不愿意遇到这样的供应商。