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1、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 从诞生到如今，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，目前已很少运用。 1、动力分配 由柴油机带动交流发电机发
2、电，经过电网实现动力并车，集中供电，驱动交流电动机，从而带开任务机任务。 典型的动力分配图如下。23 2、 ACAC 电驱动钻机的特点 1经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任务，寿命延伸，燃油耗费降低降低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、二、DCDC DCDC 电驱动钻机机 这是是继ACACACAC电驱动钻机后出机后出现的的类型。型。 1 1、动力分配力分配 由柴油机由柴油机带动直流直流发电机机发直流直流电，驱动直流直流
3、电动机，机，带开任开任务机任机任务。 典型的典型的动力分配力分配图如下。如下。56 2 2、 DCDC DCDC 电驱动钻机的特点机的特点 1 1采用采用单独或分独或分组驱动，传动系系统简化，化，传动效率提高；效率提高； 2 2采用采用电子子调速，可使柴油机速，可使柴油机稳定在最正确运定在最正确运转工况，寿命延伸，工况，寿命延伸，钻机机总燃油耗燃油耗费降低降低降低降低101012%12%； 3 3直流直流电动机，具有人机，具有人为的柔特性，的柔特性，调速范速范围宽，可，可实现无无级调速，速，绞车、钻盘只需只需设少量的机械档；少量的机械档； 4 4用直流用直流电动机机驱动，启，启动才干才干强。
4、(5) (5)需求需求专门配置交流配置交流发电机机组，提供，提供辅助助设备和照明和照明电源；源； 6 6直流直流发电机、直流机、直流电动机本机本钱高，寿命相高，寿命相对较短，短，维护困困难，还需特需特别思索防思索防爆爆问题； 7 7动力机不能互力机不能互济，总装机功率大，影响可靠性。装机功率大，影响可靠性。7 三、三、ACSCRDC ACSCRDC 电驱动钻机机 这是当前世界最流行的是当前世界最流行的电驱动钻机机类型。型。 1 1、动力分配力分配 由柴油机由柴油机带动交流交流发电机机发交流交流电，经过电网网实现动力并力并车，集中供，集中供电。再。再经可控硅整流安装将交流可控硅整流安装将交流电变
5、为直流直流电，驱动直流直流电动机，从而机，从而带开任开任务机任机任务。 典型的典型的动力分配力分配图如下。如下。89前往24 2 2、ACSCRDC ACSCRDC 电驱动钻机的特点机的特点 1 1具有具有ACAC ACAC 、 DCDC DCDC 电驱动钻机的全部机的全部优点；点； 2 2用直流用直流电动机价机价钱高、寿命短，高、寿命短，还需特需特别需思索防爆需思索防爆问题。 3 3投投资本本钱略高于略高于DCDCDCDC电驱动钻机。机。 是当今是当今电驱动钻机的主力机型之一。机的主力机型之一。10 四、四、ACVFAC ACVFAC 电驱动钻机机 根本原理根本原理 用柴油机用柴油机带动交流
6、交流发电机机发出交流出交流电，经过可控硅可控硅变频器，得到可以改器，得到可以改动频率的交流率的交流电，驱动交流交流电动机任机任务，从而，从而带动钻机各任机各任务机任机任务。 在可控硅在可控硅变频器的内部，器的内部，阅历两次两次电流性流性质的改的改动：首先用晶：首先用晶闸管整流管整流电路将交流路将交流电转变为可可调电压的直流的直流电，再用逆，再用逆变器将可器将可调直流直流电转变为可可调频率率的交流的交流电。 见图 利用改利用改动频率，交流率，交流电动机的机械特性可以人机的机械特性可以人为地改地改动，得到人，得到人为的柔特性，的柔特性，满足足钻机任机任务机的性能机的性能要求。人要求。人为特性曲特性
7、曲线见图。 11前往1112特点特点 ： 1 1、具有、具有ACSCRDC ACSCRDC 电驱动钻机一切机一切优点；点； 2 2、抑制了、抑制了ACSCRDC ACSCRDC 电驱动钻机的主要缺陷；机的主要缺陷； 3 3、变频器价器价钱稍高，稍高，传动效率稍低。效率稍低。 是当今是当今电驱动钻机的最高程度。最机的最高程度。最终将全部取代将全部取代ACACSCRDCSCRDC电驱动钻机。机。 第二第二节 电动机的机械特性机的机械特性 一、机械特性的分一、机械特性的分类 机械特性：机械特性：电动机的机的转速速n n随随转矩矩M M而而变化的关系。普通用化的关系。普通用曲曲线表示，称机械特性曲表示
8、，称机械特性曲线。 按按转速速n n随随转矩矩M M变化的程度不同，机械特性可分化的程度不同，机械特性可分为三三类： 1 1、当、当 时，为特硬特性；在特硬特性；在 nM nM曲曲线上，表上，表现为一条程度一条程度线。 2 2、当、当 时，为硬特性；在硬特性；在 nM nM曲曲线上，表上，表现为一条略向下一条略向下倾斜的直斜的直线。 3 3、当、当 时，为柔特性；在柔特性；在 nM nM曲曲线上，表上，表现为一条近似的双曲一条近似的双曲线。 见以下以下图。1314 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：电动机的转速固有机械特性：电动机的转速 n n 随转矩随转矩 M
9、M 而自动变化的而自动变化的关系。用曲线表示，那么称固有机械特性曲线。关系。用曲线表示，那么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同步交流电动机固有机械特性为 特硬特性。特硬特性。 特点：具有较高的功率因数，效率高；特点：具有较高的功率因数，效率高； 启动性能很差；构造复杂、寿命相对较短，价钱启动性能很差；构造复杂、寿命相对较短，价钱较高。较高。 适用于：不经常启动、转速恒定的中、大功率场所。适用于：不经常启动、转速恒定的中、大功率场所。 用得较少。用得较少。 b b、异步交流电动机
10、、异步交流电动机 异步交流电动机固有机械特性为异步交流电动机固有机械特性为 硬特性。硬特性。 特点：过载才干较大；构造简单、寿命长、维护方便、特点：过载才干较大；构造简单、寿命长、维护方便、廉价。廉价。 适用于：不需求调速的各种场所。适用于：不需求调速的各种场所。 交流电动机固有机械特性曲线见以下图。交流电动机固有机械特性曲线见以下图。1516 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。直流电动机的优点：调速方便；启动力矩大。 缺陷：价钱高、维护困难。缺陷：价钱高、维护困难。 按照励磁方式，可以分为：按照励磁方式，可以分为： 并励、它励
11、、串励、复励直并励、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。流电动机，石油现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。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以下图。电路原理与固有机械特性见以下图。1718 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，不适宜用链条、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三、直流电动机的人
12、为机械特性 人为机械特性：人为地改动直流电动机某些参数而获得人为机械特性：人为地改动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。的机械特性。通常也称：调速特性。 现代石油钻机广泛运用它励直流电动机，这里主要讲它现代石油钻机广泛运用它励直流电动机，这里主要讲它的调速特性。的调速特性。 它励直流电动机的根本调速方式有：它励直流电动机的根本调速方式有： 1 1、在电枢电路中串电阻调速见曲线、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，特性特点：空载转速不变；转速只能下调；转速越低，特性越软；越软； 调速方便；调理电阻长期大量耗电，不经济。调速方便；调理电阻长
13、期大量耗电，不经济。 适用场所：中小功率电机。石油钻机不适用。适用场所：中小功率电机。石油钻机不适用。 202 2、降低电枢电压调速见曲线、降低电枢电压调速见曲线 特点：特点： 1 1转速只能下调；硬特性不变固有特性曲线平移；转速只能下调；硬特性不变固有特性曲线平移； 2 2调速方便；调速范围大；经济性好。调速方便；调速范围大；经济性好。 可适用场所：石油钻机。可适用场所：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。转速不得超越额定值的20%。 可适用场所：石油钻机。 四、四、钻机用它励直流机用它励直流电动机的人机的
14、人为机械特性机械特性 石油石油钻机的任机的任务主机是主机是绞车、转盘、泥、泥浆泵。 普通情况下，任普通情况下，任务机的机的转速都是从速都是从额定定转速向下速向下调。对于于绞车，当大，当大钩空空载上行上行时，为了减少上行了减少上行时间，需求短，需求短时高速运高速运转，此，此时，可以高于，可以高于额定定转速。速。 现代代钻机采用机采用ACSCRDC ACSCRDC 电驱动方式，每台方式，每台组电动机用一个可控硅控制柜，机用一个可控硅控制柜，电枢的枢的输入入电压易于易于调理，故理，故钻机中大都采用它励直流机中大都采用它励直流电动机复合机复合调速：速： 降低降低电枢枢电压 励磁励磁电路串路串电阻阻 。
15、2223ACSCRDC 电驱动钻机电路调速过程如下：调速过程如下： a a、当励磁电路中串入的调速电阻阻值、当励磁电路中串入的调速电阻阻值Rf=0Rf=0、电枢输、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；入电压为额定值时，电动机的机械特性为固有机械特性； b b、当需求增速时，增大励磁电路中串入的调速电阻、当需求增速时，增大励磁电路中串入的调速电阻阻值阻值RfRf，固有机械特性曲线上移，且特性变软；，固有机械特性曲线上移，且特性变软； c c、当需求减速时，将励磁电路中串入的调速电阻、当需求减速时，将励磁电路中串入的调速电阻RfRf调至调至0 0，然后经过调理可控硅晶闸管的触发
16、电路，降低电，然后经过调理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。枢输入电压，电动机的固有机械特性曲线向下平移。 参见以下图。参见以下图。 第三第三节 ACSCRDC ACSCRDC电驱动钻机的可控硅机的可控硅电源源简介介 现代代钻机采用机采用ACSCRDC ACSCRDC 电驱动方式，每台方式，每台组电动机用一个可控硅控制柜，将交流机用一个可控硅控制柜，将交流电转变成可成可调的直流的直流电，驱动它励直流它励直流电动机。机。 一、可控硅控制系一、可控硅控制系统的主要作用的主要作用 柴油机柴油机带动交流交流发电机机发出的三相交流出的三相交流电，经电力并力并车后
17、后进入交流入交流电网网见前前图。可控硅控制系。可控硅控制系统完成以下主要任完成以下主要任务： a a、经三相三相电力力变压器器输入入600V600V交流交流电，经晶晶闸管构成的全控管构成的全控桥式整流式整流电路路转换成可成可调电压的直流的直流电，供，供应它励直流它励直流电动机的机的电枢；枢； b b、用、用单相相电力力变压器将器将电网中的交流网中的交流电降降压，经半半导体二极管构成的体二极管构成的桥式整流式整流电路路转换成直流成直流电，供供应它励直流它励直流电动机的励磁机的励磁线圈。圈。 c c、利用触、利用触发电路控制晶路控制晶闸管的触管的触发角，从而角，从而调理理电枢枢电压。 24 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：可控硅控制柜的电路主要有： a a、整流电路；、整流电路；b b、触发控制电路；、触发控制电路；c c、维护电路；、维护电路； 25 本章完
