〈石油钻采新装备》(电驱动钻机)

是当今电驱动钻机的最高水平。最终将全 部取代AC—SCR—DC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
2、当

M n
时，为特硬特性；在 n—M曲线上，表现为一条水平线。
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。
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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；
—— 本章完 — —
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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、AC—AC 电驱动钻机 二、DC—DC 电驱动钻机 三、AC—SCR—DC 电驱动钻机 四、AC—CF—AC 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
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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。
（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。
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。
第三节 AC—SCR—DC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
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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、AC—AC 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。
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二、DC—DC 电驱动钻机
这是继AC—AC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。
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2、 DC—DC 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10～12%）；
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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。
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三、AC—SCR—DC 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。
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2、AC—SCR—DC 电驱动钻机的特点 （1）具有AC—AC 、 DC—DC 电驱动钻机的全部 优点；
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AC—SCR—DC 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 。
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2、 AC—AC 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10～12%）； （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。
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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。
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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。
（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DC—DC电驱动钻机。 是当今电驱动钻机的主力机型之一。
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四、AC—VF—AC 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。
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特点 ：
1、具有AC—SCR—DC 电驱动钻机所有优点； 2、克服了AC—SCR—DC 电驱动钻机的主要缺点； 3、变频器价格稍高，传动效率稍低。
参见下图。
第三节 AC—SCR—DC电驱动钻机的可控硅电源简介
现代钻机采用AC—SCR—DC 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；
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AC—SCR—DC 电驱动钻机电路
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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。
时，为硬特性；在 n—M曲线上，表现为一条略向下

倾斜的直线。
M 40 ~ 10 n
3、当
曲线。

M 10 n
时，为柔特性；在 n—M曲线上，表现为一条近似的双
见下图。
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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。