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1、1第一章 电驱动钻机本章目录第一节第一节 电驱动钻机的类型及特点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 第二节第二节 电动机的机械特性电动机的机械特性 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 第三节第三节 ACSCRDC ACSCRDC电驱动钻机的可控硅电源简介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7/25/20241石油钻采新装备电驱动钻机 第一节第一节 电驱动钻机的类型及特点电
2、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、一、ACAC ACAC 电驱动钻机电驱动钻机 最初的电驱动钻机为该类型，目前已很少使用。 1 1、动力分配、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。27/25/20242石油钻采新装备电驱动钻机37/25/20243石油钻采新装备电驱动钻机 2 2、 ACAC ACAC 电驱动钻机的特点电驱动钻机的特点 （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
3、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。 47/25/20244石油钻采新装备电驱动钻机 二、二、DCDC DCDC 电驱动钻机电驱动钻机 这是继ACAC电驱动钻机后出现的类型。 1 1、动力分配、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。57/25/20245石油钻采新装备电驱动钻机67/25/20246石油钻采新装备电驱动钻机 2 2、 DCDC DCDC 电驱动钻机的特点电驱动钻机的特点 （1）采用单独或分组驱动，传动系统简
4、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。77/25/20247石油钻采新装备电驱动钻机 三、三、ACSCRDC ACSCRDC 电驱动钻机电驱动钻机 这是当前世界最流行的电驱动钻机类型。 1 1、
5、动力分配、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。87/25/20248石油钻采新装备电驱动钻机9返回247/25/20249石油钻采新装备电驱动钻机 2 2、ACSCRDC ACSCRDC 电驱动钻机的特点电驱动钻机的特点 （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。是当今电驱动钻机的主力机型之一。107/25/20
6、2410石油钻采新装备电驱动钻机 四、四、ACVFAC ACVFAC 电驱动钻机电驱动钻机 基本原理基本原理 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。 117/25/202411石油钻采新装备电驱动钻机返回11127/25/202412石油钻采新
7、装备电驱动钻机特点特点 ： 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。最终将全是当今电驱动钻机的最高水平。最终将全部取代部取代ACSCRDCACSCRDC电驱动钻机。电驱动钻机。7/25/202413石油钻采新装备电驱动钻机 第二节第二节 电动机的机械特性电动机的机械特性 一、机械特性的分类一、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
8、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。137/25/202414石油钻采新装备电驱动钻机147/25/202415石油钻采新装备电驱动钻机 二、电动机的固有机械特性二、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 1、交流电动机的固有机械特性、交流电动机的固有机械特性 a a、同步交流电动机、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
9、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 b、异步交流电动机、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。157/25/202416石油钻采新装备电驱动钻机167/25/202417石油钻采新装备电驱动钻机 2 2、直流电动机的固有机械特性、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
10、场最常用的是它励直流电动机。 a a、并励、它励直流电动机、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。177/25/202418石油钻采新装备电驱动钻机187/25/202419石油钻采新装备电驱动钻机 b b、串励直流电动机、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。 197/25/202420石油钻采新装备电驱动钻机 三、直流电动机的人为机械特性三、直流电动机的人为机械特性 人为机
11、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 1、在电枢电路中串电阻调速、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。 207/25/202421石油钻采新装备电驱动钻机2 2、降低电枢电压调速、降低电枢电压调速（见曲线） 特点：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：可
12、适用场合：石油钻机。7/25/202422石油钻采新装备电驱动钻机 3 3、在励磁电路中串电阻调速、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。7/25/202423石油钻采新装备电驱动钻机 四、钻机用它励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 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
13、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： 降低电枢电压降低电枢电压 励磁电路串电阻励磁电路串电阻 。227/25/202424石油钻采新装备电驱动钻机23ACSCRDC 电驱动钻机电路7/25/202425石油钻采新装备电驱动钻机调速过程如下：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
14、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。 7/25/202426石油钻采新装备电驱动钻机7/25/202427石油钻采新装备电驱动钻机第三节第三节 ACSCRDC ACSCRDC电驱动钻机的可控硅电源简介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。 247/25/202428石油钻采新装备电驱动钻机 二、可控硅控制柜的电路二、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 本章完本章完 7/25/202429石油钻采新装备电驱动钻机
