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電機的分類與調制分解 |
來源：推薦 發表時間：2013-2-16 10:20:09 點擊：6471 |
在國內外鉆井市場上，由于電驅動具有更好的經濟性、先進性、可靠性、適應性、機動性、互換性；特別是更能適應現代越來越復雜和精確的鉆井工藝的要求，近些年特別是在國內，電動鉆機得到了大力發展和推廣應用。出現了實力雄厚的蘭州石油機械廠，寶雞石油機械廠和四川的廣漢宏華等電動鉆機生產廠家，為我國石油鉆探設備向電氣化升級換代起到了關鍵作用。
1電動鉆機的分類電動鉆機主要分為兩大類，一類為可控硅直流調速；一類為交流變頻調速。由于可控硅直流調速應用的比較早，成本、技術和維護都得到了廣大客戶的認可和眾多技術人員的技術支持；而交流變頻則是近幾年發展起來的，由于其成本高，維護難度大，現在一般只應用在頂驅和采用轉盤獨立驅動系統的機械鉆機中。絕大部分可控硅直流調速的電動鉆機都采用串勵直流電機來驅動主要的鉆井設備，如：絞車、轉盤、泥漿泵。
2電機調速原理分析電動鉆機的大部分優點都來自于所采用的串勵直流電機和其先進的直流調速系統，串勵直流電機比其他直流電機工作更可靠，供電更方便，無需勵磁電源，啟動轉矩大，供電線路上產生的壓降不會影響電機工作；同時為了使電動鉆機設備工作更有效，串勵直流電機（某無纜化驅動電機研究）的調速系統采用了雙閉環控制系統，其控制模型如所示。
Un為電機速度給定，N為速度反饋，I為電流反饋。其中內環用電流負反饋構成電流環，對電網電壓波動予以補償，同時對電機的轉矩進行自動調節，對電樞電流和電流變化率進行限制；其外環用轉速負反饋構成電壓環，對被調量轉速進行自動控制，使電機的轉速與手輪給定相符。
在這個控制系統中，反饋量I可以通過霍爾電流傳感器得到，但是轉速信號的反饋沒有采用常規的測速電機或編碼器，而是通過電機的特征方程的轉換，利用已有的其它反饋信號經過計算得出可用的速度反饋信號，這樣就完全消除了由于增加了測速電機或編碼器而可能帶來的故障率，從而增加了電動鉆機的可靠性。
3轉速算法推導串勵直流電機的轉速公式為：n={U-Ia（Ra Rs）}Ce5=ECe5（1）式中：Ra――電樞電阻；Rs――串勵繞組電阻；Ce――電勢常數；5――磁通量；n――電機速度；U――電機直流電壓；Ia――電樞電流（在串勵電機中等于勵磁電流If）；E――電樞反電勢又因為在串勵電機中，電機電壓U與電樞反電勢E近似成正比，在這里設為UE=K（K決定于電機的結構參數，為一常數），則n=U（K×Ce×5）
由上式可知：電機轉速可由電壓U和磁通5相除得到。電壓可以測量到，但是磁通量怎么測量呢
對于串勵直流電機，其磁通5與勵磁電流即電樞電流有如所示磁化曲線：4轉速反饋的實現為了能夠將電流轉換成磁通，特設計出具有如所示功能的函數發生器，可以看出其電流磁通的關系曲線基本與電機的真實磁化曲線一致，并且在實際應用中也如理論設計一致。
函數發生器的具體電路如所示：運放Z702以及電阻和二極管網絡組成函數發生器，18端輸入的電樞電流經過該函數發生器，模擬從電流到磁通的變換，成為磁通5.發生器共有四條反饋支路：①當電流信號很小時，只有R725起負反饋作用，其余三條支路由于D703、D704和D705截止，沒有反饋作用，在這種條件下，5――Ia關系如磁化曲線的oa段；②當電流輸入信號增大一些后，由于D703陰極電位最低，所以D703首先導通，反饋比原來加強，5與Ia的比值相對減小，相當于曲線的ab段；③當電流信號繼續增大，D704導通，負反饋更加強，相當于曲線的bc段；④當電流信號再增大時，全部二極管導通，負反饋最強，相當于曲線的cd段。由圖可以看出曲線oabcd與電機磁化曲線非常相近，因此可將Z702的輸出看作與電流成對應關系的磁通量，再將該磁通量經R715、R713和C706穩定及濾波后，送到除法器Z703的6端作為除數；電壓信號通過16端和17端輸入，經過R705～R708和C703組成的濾波網絡，去掉交流成分，再經由運放Z701構成的差動放大器處理后，從15端輸到除法器Z703的3端作為被除數。除法器的商從Z703的1和4端輸出，作為串勵直流電機的速度反饋信號，由19端輸至速度調節器中參與速度的自動控制，實現電機的閉環控制。
5結論這種調速系統在電動鉆機中得到了廣泛的應用，在實際中，調速穩定可靠，完全能滿足鉆井中各種鉆井工藝的要求，為快速、高效的石油勘探開發提供了強有力的設備保障。 |
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