(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力中断後の液中ポンプのモータ再始動方法であって、
（ｂ）電力が回復した後に電力を供給されていないモータから送り戻される信号を制御手段内でサンプリングする工程であって、前記信号が液体の柱の降下により生じるポンプ上の圧力によって発生される工程と；
（ｃ）信号の周波数及び相順を決定する工程と；
（ｄ）決定された周波数及び相順に基づき、モータの作動速度及び作動方向を決定する工程と；
（ｅ）モータの決定された速度及び方向に適合する第１の変調波形をモータへ供給する工程と；
（ｆ）モータが所望の作動速度及び作動方向に達するまでモータの作動速度及び作動方向を調整するように上記変調波形の出力周波数を調整する工程と；
を有することを特徴とするモータ再始動方法。
【請求項２】
電力を供給されていないモータから送り戻される信号がモータ内の在留磁気により付勢されるモータのロータの回転によって発生せしめられることを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項３】
第１の制御信号がモータへ供給される前に、前記決定する工程（ｄ）からの少なくとも所定数の連続結果が一致するまで上記（ｂ）から（ｄ）までの工程を繰り返す工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項４】
上記所定数を３としたことを特徴とする請求項３に記載のモータ再始動方法。
【請求項５】
モータ及びポンプが油井内に設置されることを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項６】
モータの速度が、電力を供給されていないモータから送り戻される信号の周期に基づき決定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項７】
モータの方向が、電力を供給されていないモータから比較器へ送り戻される信号の２つの相をサンプリングすることにより決定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項８】
電力中断後のモータ（１０４）を自動的に再始動させる装置であって、モータに接続されて同モータにより駆動され、当該モータと共に井戸内に設置されるポンプ（１０６）と；モータ（１０４）と速度調整可能なモータ駆動子（１１０、１０８）との間で信号を授受できるように、変圧器（１１４）を介して上記モータを上記速度調整可能なモータ駆動子に接続するケーブルと；を備え、上記速度調整可能なモータ駆動子（１１０、１０８）が、モータへの電力が回復する前に同モータからの信号を受け取る手段と；上記信号の周波数及び相順を決定する手段と；決定された周波数及び相順に基づき、モータの作動速度及び作動方向を決定する手段と；モータの決定された作動速度及び作動方向に適合する第１の変調波形を発生させる手段と；ケーブルを介してモータへ第１の変調波形を伝達する手段と；を有し、モータが所望の作動速度及び作動方向に達するまでモータの作動速度及び作動方向を調整するように上記変調波形の出力周波数が調整されることを特徴とする装置。
【請求項９】
電力を供給されていないモータから送り戻される信号がモータ内の在留磁気により付勢されるモータのロータの回転によって発生されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
上記速度調整可能なモータ駆動子が、上記第１の変調波形を発生させる前に作動速度及び作動方法の決定についての少なくとも所定数の連続結果が一致するまで、待機することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
上記所定数を３としたことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
電力を供給されていないモータから送り戻される信号が液体の柱の降下により生じるポンプ上の圧力によって発生されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
モータ及びポンプが油井内に設置されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
モータの速度が、電力を供給されていないモータから送り戻される信号の周期に基づき決定されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
モータの方向が、電力を供給されていないモータから比較器へ送り戻される信号の２つの相をサンプリングすることにより決定されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
請求項１のモータ再始動方法であって、前記電力を供給されていないモータから送り戻される信号が３つの信号を含み、信号の相順を決定する工程が、第１及び第２の信号を第１の比較器へ供給する工程、並びに第２及び第３の信号を第２の比較器へ供給する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項１７】
請求項１６モータ再始動方法であって、更に第１の比較器及び第２の比較器からの出力を第１のフォトカップラ及び第２のフォトカップラへ供給する工程、並びに第１のフォトカップラ及び第２のフォトカップラの出力を前記制御手段へ供給する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ再始動方法。
【請求項１８】
請求項８に記載の装置であって、前記モータからの信号が３つの信号を含み、前記信号の周波数及び相順を決定する手段が、第１及び第２の信号を受け取るように接続される第１の比較器と、第２及び第３の信号を受け取るようにに接続される第２の比較器と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置であって、更に第１の比較器及び第２の比較器からの出力をそれぞれ受け取るように接続される第１のフォトカップラ及び第２のフォトカップラを含み、前記第１のフォトカップラ及び第２のフォトカップラの出力がモータの運転の速度及び方向を決定する手段に接続されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータの作動を制御する方法及び装置に関し、特に、電力中断後のモータ／ポンプ組立体を自動的に再始動させる方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油の生産においては、油井を油層まで掘り下げる。モータ／ポンプ組立体を油井の底に設置し、油井の底で集められた油溜まりから地表へ油を汲み上げる。図１は典型的な油井組立体を示す。油井１０は油層までおよそ数千フィート（１フィートは約３０ｃｍ）にわたって地中へ掘り下げられる。ポンプ１６を駆動するモータ１４を油井の底まで下降させる。モータ１４はケーブル２２により駆動装置２０に接続され、この駆動装置は典型的には油井外に位置していて、モータ１４へ駆動信号を供給する。駆動信号はモータ１４の作動を制御し、モータはポンプ１６の作動を制御する。モータ１４を付勢したとき、モータはポンプ１６を作動させ、油井の底からパイプ１８を通して地表まで油を吸引し、確実な流れ２４を得る。
【０００３】
油産業における１つの関心事は物理的又は機械的な問題のために油井が作動していない時間量である。ポンプの停止時間は油井の生産能力を減少させる。停止時間の１つの原因は、停電、回路ブレーカの遮断、制御による停止等により起こる装置への電力の中断時に生じる。電力の中断が生じたとき、制御信号がモータへ送られなくなるため、駆動装置はモータの制御を行えなくなる。モータに電力が供給されなくなった場合でさえ、少なくとも、電力中断時に回転していたモータの速度に応じたある時間期間だけ、モータ及びポンプは作動し続ける。モータ及びポンプが完全に停止するまで、モータの速度はゆっくり減少する。
【０００４】
油井への応用及び液中ポンプにとって独特な１つの問題は、ポンプが停止したときに、ポンプの上に例えば４０００フィート（約１２００ｍ）の高さの油の柱が残存することである。油の柱は重力により油井の底へ降下し始める。油が降下するとき、油がポンプに圧力を加え、ポンプを反対方向に（即ち、逆の流れを生じるように）動かす。次いで、ポンプは、油全体の柱が油井の底へ落下するにつれて変化する速度で、モータを反対方向へ回転させる。その結果、モータへの電力が中断されたとき、電力中断の長さに応じて、モータは異なる速度で異なる方向へさえ作動する。
【０００５】
モータの作動の実際の速度及び方向とは異なる初期の駆動信号をモータが受け取った場合には、モータが損傷するか又は回路が誤作動するので、油井の作業者は、油全体の柱が油井の底へ完全に戻り、モータが完全に停止し、電力中断の終了後にモータを再始動するために駆動信号を送れるようになるまで、待たねばならない。これは、電力中断の持続時間に関係なく膨大な量の停止時間を生じさせてしまう。
【０００６】
従って、モータが完全に停止するのを待つ必要なしに、電力中断後の液中ポンプのモータを自動的に再始動できる制御装置の要求がある。
駆動可能な遠心分離器を含む装置の如き他の応用に供する自動再開始プログラムは既知である。遠心分離器は円のまわりで液体サンプルを高速で旋回させることにより液体サンプル内の固体を分離するために使用される。遠心分離器のモータへの電力が遮断されると、遠心分離器の運動量及び重量のため、摩擦及び他の要因により遠心分離器が完全に停止するまで、サンプルは減少する速度で旋回し続ける。１つの既知の制御装置は、電力を供給されていないモータの実際の速度を最初に決定し、モータの実際の速度に適合する駆動信号をモータに供給することにより、電力が回復した後にモータを再始動できる。これは、モータの電力を供給されていない旋回運動により生じるモータの残留磁気により発生する逆ＥＭＦ信号を分析することにより遂行される。モータの速度を決定した後、適合した駆動信号がモータへ送られて遠心分離器の制御を回復させ、遠心分離器の速度を所望のレベルに変更するように付加的な制御信号を供給できる。従って、作業者は電力中断後にモータを再始動させる前に、遠心分離器が完全に停止するのを待つ必要がない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電力を供給されていない液中ポンプの作動速度及び作動方向を決定できる制御装置を提供することにより、電力欠如即ち電力中断後の液中ポンプを再始動させることに関連する問題点を克服することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの実施の形態によれば、電力中断後の液中ポンプのモータを再始動させるための方法が提供される。装置への電力が回復した時期を最初に検出する。次いで、制御装置が、電力を供給されていないモータから送り戻される信号をサンプリングし、信号の周波数及び相順を決定する。次いで、決定された周波数及び相順に基づき、モータの作動速度及び作動方向を決定する。次いで、モータの決定された速度及び方向に適合する第１のパルス幅変調波形をモータに供給する。最後に、モータが所望の作動速度及び作動方向に達するまでモータの作動速度及び作動方向を調整するように波形の出力周波数を調整できる。
【０００９】
本発明の別の実施の形態によれば、電力中断後のモータを自動的に再始動させるための装置が提供される。ポンプはモータに接続されてモータにより駆動され、モータ及びポンプは油井内に設置される。ケーブルは変圧器を介してモータを速度調整可能なモータ駆動子に接続し、モータと速度調整可能なモータ駆動子との間で信号の授受を行えるようにする。速度調整可能なモータ駆動子はいくつかの手段を有する。これらの手段は、例えば、モータへの電力が回復する前にモータからの信号を受け取る手段、信号の周波数及び相順を決定する手段、決定された周波数及び相順に基づき、モータの作動速度及び作動方向を決定する手段、モータの決定された速度及び方向に適合する第１のパルス幅変調波形を発生させる手段、及びケーブルを介してモータへ第１の変調波形を伝達する手段である。次いで、モータが所望の作動速度及び作動方向に達するまでモータの作動速度及び作動方向を調整するように波形の出力周波数を調整できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、油井に使用するポンプについて本発明を説明するが、当業者なら、本発明を種々の液中ポンプの応用に供することができることを理解できよう。
【００１１】
図２は本発明の１つの実施の形態に係る油井汲み上げ組立体を示す。油井１００は油層までおよそ数千フィート（１フィートは約３０ｃｍ）にわたって地中へ掘り下げられる。ポンプ１０６を駆動するモータ１０４を油井の底まで下降させる。モータ１０４はケーブル１１２により駆動装置１１０に接続され、この駆動装置は典型的には油井外に位置していて、モータ１０４へ駆動信号を供給する。駆動信号はモータ１０４の作動を制御し、モータはポンプ１０６の作動を制御する。モータ１０４を付勢したとき、モータはポンプ１０６を作動させ、油井の底からパイプ１０８を通して地表まで油を吸引し、確実な流れ１１４′を得る。
【００１２】
速度調整可能な駆動装置１１０は、少なくとも、変圧器１１４と、電力モジュール１１８と、制御プロセッサ１２０とを有する。変圧器１１４の主巻線は電力モジュール１１８に接続され、電力モジュール１１８は制御プロセッサ１２０に接続される。制御プロセッサ１２０はまた、電力モジュール１１８の一部として構成することができる。変圧器１１４の副巻線はケーブル１１２に接続される。従って、パルス幅変調（ＰＷＭ）波形の如き変調波形及び電力が電力モジュール及び制御プロセッサ１２０により発生せしめられ、これらは変圧器１１４へ供給される。変圧器１１４は信号を適当な電力レベルに変換し、その信号をケーブル１１２を介してモータ１０４に伝達する。
【００１３】
電力の中断が生じたとき、駆動装置１１０は電力を失い、ＰＷＭ波形をモータへ供給できなくなる。電力が回復したとき、駆動装置は、電力を供給されていないモータがどのような速さでどの方向に作動しているかを知らない。更に、上述のように、間違った作動速度及び作動方向でモータを再始動させると、モータを損傷させたり駆動装置の回路ブレーカを遮断させたりすることがある。従って、本発明では、装置の再始動前に、電力を供給されていないモータの作動速度及び作動方向を決定した。
【００１４】
電力を供給されていないモータが停止位置にない場合は、モータの回転がモータの残留磁気から逆ＥＭＦ信号を発生させる。これらの逆ＥＭＦ信号はケーブル１１２を通って進み、駆動装置への電力が回復した後に駆動装置１１０により検出される。
【００１５】
ここで、図３、４を参照して駆動装置１１０の作動を説明する。駆動装置は３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の電力モジュールのＩＧＢＴブリッジ２０８の駆動端子２０２、２０４、２０６においてＥＭＦ信号の周波数をサンプリングする。３つの駆動端子のサンプリングされた信号はそれぞれ抵抗２１０、２１２、２１４を介して２つの比較回路へ送られる。２つの相が各比較回路へ送られる。例えば、図３に示すように、相Ｕ、Ｖが上方の比較回路へ送られ、相Ｕ、Ｗが下方の比較回路へ送られるが、本発明はこれに限定されない。信号はクランプダイオード２１６、２１８及び２２０、２２２をそれぞれ通り、比較器が超過駆動されるのを防止する。比較器２２４に送られたＶ相信号がＵ相信号より強い場合、比較器がオンして、フォトカップラ２２６をオンする。逆に、Ｕ相信号がＶ相信号より強い場合、比較器２２４はオンされず、フォトカップラ２２６もオンされない。下方の比較器２２８はＷ、Ｕ相信号に関連して同様に作動する。Ｗ相信号がＵ相信号より強い場合、比較器２２８がオンし、フォトカップラ２３０をオンさせる。
【００１６】
次いで、フォトカップラ２２６、２３０により発生した信号は制御プロセッサ１２０へ供給される。制御プロセッサ１２０は信号のエッジ間の時間を計数することによりフォトカップラからの信号の周波数を決定する。制御プロセッサ１２０はフォトカップラにより発生した信号の周期を決定し、モータの速度を決定する。次いで、制御プロセッサ１２０は、フォトカップラ２２６、２３０が付勢される順番を決定することにより、どの相が先行相であるかを決定する。決定された先行エッジに基づき、制御プロセッサはモータの作動方向を決定することができる。
【００１７】
モータの周期、従って、モータ速度を正確に知るのを保証する手段として、制御プロセッサは、モータの制御を回復させようとする前に、少なくとも２つ、好ましくは３つ以上の一致した読みを受け取るまで待機する。制御プロセッサが一致した読みを受け取った後、制御プロセッサ及び電力モジュールはモータの検出された作動速度及び作動方向にほぼ適合するパルス幅変調波形の如き変調波形を発生させる。次いで、変調波形はモータへ送られ、モータの制御を確立する。制御が再確立されると、制御プロセッサ及び電力モジュールはモータを所望の作動速度及び作動方向に戻すように変調波形の出力周波数を修正できる。
【００１８】
それ故、本発明は、水中汲み上げモータを監視、制御し、目的を達成し、上述の利点及び当業者が理解できる他の利点を与えるのに十分適する。開示の目的で本発明の好ましい実施の形態につき詳細に説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更や修正が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的な油井組立体のブロック線図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る自動再始動能力を備えた液中ポンプ装置のブロック線図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る電力モジュールの回路の部分を示す図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態の自動再始動能力を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１００  油井
１０４  モータ
１０６  ポンプ
１１０  駆動装置
１１２  ケーブル
１２０  制御プロセッサ
【図１】
0004260979.tif 000002
【図２】
0004260979.tif 000003
【図３】
0004260979.tif 000004
【図４】
0004260979.tif 000005