《〈石油钻采新装备》电驱动钻机.ppt

1,第一章 电驱动钻机,本章目录第一节 电驱动钻机的类型及特点 一、ACAC 电驱动钻机 二、DCDC 电驱动钻机 三、ACSCRDC 电驱动钻机 四、ACCFAC 电驱动钻机 第二节 电动机的机械特性 一、机械特性的分类 二、电动机的固有机械特性 三、直流电动机的人为机械特性 四、钻机用它励直流电动机的人为机械特性 第三节 ACSCRDC电驱动钻机的可控硅电源简介 一、可控硅控制系统的主要作用 二、可控硅控制柜的电路,第一节 电驱动钻机的类型及特点 从诞生到现在，电驱动钻机主要有四大类。一、ACAC 电驱动钻机 最初的电驱动钻机为该类型，目前已很少使用。1、动力分配 由柴油机带动交流发电机发电，通过电网实现动力并车，集中供电，驱动交流电动机，从而带动工作机工作。典型的动力分配图如下。,2,3,2、ACAC 电驱动钻机的特点（1）通过电网实现动力并车，省去了机械钻机庞大复杂的动力并车系统；（2）采用单独或分组驱动，简化了传动系统，传动效率提高；（3）采用电子调速，柴油机可以稳定在高效区工作，寿命延长，燃油消耗降低（降低1012%）；（4）交流电动机为硬特性，绞车、钻盘仍需设较多的机械档，只能有级变速。,4,二、DCDC 电驱动钻机 这是继ACAC电驱动钻机后出现的类型。1、动力分配 由柴油机带动直流发电机发直流电，驱动直流电动机，带动工作机工作。典型的动力分配图如下。,5,6,2、DCDC 电驱动钻机的特点（1）采用单独或分组驱动，传动系统简化，传动效率提高；（2）采用电子调速，可使柴油机稳定在最佳运转工况，寿命延长，钻机总燃油消耗降低（降低1012%）；（3）直流电动机，具有人为的柔特性，调速范围宽，可实现无级调速，绞车、钻盘只需设少量的机械档；（4）用直流电动机驱动，启动能力强。(5)需要专门配置交流发电机组，提供辅助设备和照明电源；（6）直流发电机、直流电动机成本高，寿命相对较短，维护困难，还需特别考虑防爆问题；（7）动力机不能互济，总装机功率大，影响可靠性。,7,三、ACSCRDC 电驱动钻机 这是当前世界最流行的电驱动钻机类型。1、动力分配 由柴油机带动交流发电机发交流电，通过电网实现动力并车，集中供电。再经可控硅整流装置将交流电变为直流电，驱动直流电动机，从而带动工作机工作。典型的动力分配图如下。,8,9,返回24,2、ACSCRDC 电驱动钻机的特点（1）具有ACAC、DCDC 电驱动钻机的全部优点；（2）用直流电动机价格高、寿命短，还需特别需考虑防爆问题。（3）投资成本略高于DCDC电驱动钻机。是当今电驱动钻机的主力机型之一。,10,四、ACVFAC 电驱动钻机 基本原理 用柴油机带动交流发电机发出交流电，通过可控硅变频器，得到可以改变频率的交流电，驱动交流电动机工作，从而带动钻机各工作机工作。在可控硅变频器的内部，经历两次电流性质的改变：首先用晶闸管整流电路将交流电转变为可调电压的直流电，再用逆变器将可调直流电转变为可调频率的交流电。（见图）利用改变频率，交流电动机的机械特性可以人为地改变，得到人为的柔特性，满足钻机工作机的性能要求。人为特性曲线见图。,11,返回11,12,特点：1、具有ACSCRDC 电驱动钻机所有优点；2、克服了ACSCRDC 电驱动钻机的主要缺点；3、变频器价格稍高，传动效率稍低。是当今电驱动钻机的最高水平。最终将全部取代ACSCRDC电驱动钻机。,第二节 电动机的机械特性 一、机械特性的分类 机械特性：电动机的转速n随转矩M而变化的关系。一般用曲线表示，称机械特性曲线。按转速n随转矩M变化的程度不同，机械特性可分为三类：1、当 时，为特硬特性；在 nM曲线上，表现为一条水平线。2、当 时，为硬特性；在 nM曲线上，表现为一条略向下倾斜的直线。3、当 时，为柔特性；在 nM曲线上，表现为一条近似的双曲线。见下图。,13,14,二、电动机的固有机械特性 固有机械特性：电动机的转速 n 随转矩 M 而自动变化的关系。用曲线表示，则称固有机械特性曲线。1、交流电动机的固有机械特性 a、同步交流电动机 同步交流电动机固有机械特性为 特硬特性。特点：具有较高的功率因数，效率高；启动性能很差；结构复杂、寿命相对较短，价格较高。适用于：不经常启动、转速恒定的中、大功率场合。用得较少。b、异步交流电动机 异步交流电动机固有机械特性为 硬特性。特点：过载能力较大；结构简单、寿命长、维护方便、便宜。适用于：不需要调速的各种场合。交流电动机固有机械特性曲线见下图。,15,16,2、直流电动机的固有机械特性 直流电动机的优点：调速方便；启动力矩大。缺点：价格高、维护困难。按照励磁方式，可以分为：并励、它励、串励、复励直流电动机，石油现场最常用的是它励直流电动机。a、并励、它励直流电动机 并励、它励直流电动机的固有机械特性均为硬特性。电路原理与固有机械特性见下图。,17,18,b、串励直流电动机 串励直流电动机的固有机械特性为 柔特性。该特性很好，满足钻机的绞车和转盘的要求。但是，当载荷很小时，转速过高，有“飞车”危险，不适合用链条、皮带传动。这导致其不能用在石油钻机上。,19,三、直流电动机的人为机械特性 人为机械特性：人为地改变直流电动机某些参数而获得的机械特性。通常也称：调速特性。现代石油钻机广泛使用它励直流电动机，这里主要讲它的调速特性。它励直流电动机的基本调速方式有：1、在电枢电路中串电阻调速（见曲线）特点：空载转速不变；转速只能下调；转速越低，特性越软；调速方便；调节电阻长期大量耗电，不经济。适用场合：中小功率电机。石油钻机不适用。,20,2、降低电枢电压调速（见曲线）特点：1）转速只能下调；硬特性不变（固有特性曲线平移）；2）调速方便；调速范围大；经济性好。可适用场合：石油钻机。,3、在励磁电路中串电阻调速（见曲线）特点：1）转速只能上调；随所串电阻增大，特性变软；2）调速方便；经济性较好。转速不得超过额定值的20%。可适用场合：石油钻机。,四、钻机用它励直流电动机的人为机械特性 石油钻机的工作主机是绞车、转盘、泥浆泵。一般情况下，工作机的转速都是从额定转速向下调。对于绞车，当大钩空载上行时，为了减少上行时间，需要短时高速运行，此时，可以高于额定转速。现代钻机采用ACSCRDC 电驱动方式，每台（组）电动机用一个可控硅控制柜，电枢的输入电压易于调节，故钻机中大都采用它励直流电动机复合调速：降低电枢电压 励磁电路串电阻。,22,23,ACSCRDC 电驱动钻机电路,调速过程如下：a、当励磁电路中串入的调速电阻阻值Rf=0、电枢输入电压为额定值时，电动机的机械特性为固有机械特性；b、当需要增速时，增大励磁电路中串入的调速电阻阻值Rf，固有机械特性曲线上移，且特性变软；c、当需要减速时，将励磁电路中串入的调速电阻Rf调至0，然后通过调节可控硅晶闸管的触发电路，降低电枢输入电压，电动机的固有机械特性曲线向下平移。参见下图。,第三节 ACSCRDC电驱动钻机的可控硅电源简介 现代钻机采用ACSCRDC 电驱动方式，每台（组）电动机用一个可控硅控制柜，将交流电转变成可调的直流电，驱动它励直流电动机。一、可控硅控制系统的主要作用 柴油机带动交流发电机发出的三相交流电，经电力并车后进入交流电网（见前图）。可控硅控制系统完成以下主要工作：a、经三相电力变压器输入600V交流电，经晶闸管构成的全控桥式整流电路转换成可调电压的直流电，供给它励直流电动机的电枢；b、用单相电力变压器将电网中的交流电降压，经半导体二极管构成的桥式整流电路转换成直流电，供给它励直流电动机的励磁线圈。c、利用触发电路控制晶闸管的触发角，从而调节电枢电压。,24,二、可控硅控制柜的电路 可控硅控制柜的电路主要有：a、整流电路；b、触发控制电路；c、保护电路；,25,本章完,