第一節(jié)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的類(lèi)型及特點(diǎn)

從誕生到現(xiàn)在，電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)主要有四大類(lèi)。

一、AC—AC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)

最初的電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)為該類(lèi)型，目前已很少使用。

1、動(dòng)力分配

由柴油機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過(guò)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力并車(chē)，集中供電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，從而帶動(dòng)工作機(jī)工作。典型的動(dòng)力分配圖如下。23

2、AC—AC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn)

（1）通過(guò)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力并車(chē)，省去了機(jī)械鉆機(jī)龐大復(fù)雜的動(dòng)力并車(chē)系統(tǒng)；（2）采用單獨(dú)或分組驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)效率提高；（3）采用電子調(diào)速，柴油機(jī)可以穩(wěn)定在高效區(qū)工作，壽命延長(zhǎng)，燃油消耗降低（降低10～12%）；（4）交流電動(dòng)機(jī)為硬特性，絞車(chē)、鉆盤(pán)仍需設(shè)較多的機(jī)械檔，只能有級(jí)變速。

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二、DC—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)

這是繼AC—AC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)后出現(xiàn)的類(lèi)型。

1、動(dòng)力分配由柴油機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)發(fā)直流電，驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)工作機(jī)工作。典型的動(dòng)力分配圖如下。56

2、DC—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn)

（1）采用單獨(dú)或分組驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)效率提高；（2）采用電子調(diào)速，可使柴油機(jī)穩(wěn)定在最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況，壽命延長(zhǎng)，鉆機(jī)總?cè)加拖慕档停ń档?0～12%）；（3）直流電動(dòng)機(jī)，具有人為的柔特性，調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，絞車(chē)、鉆盤(pán)只需設(shè)少量的機(jī)械檔；（4）用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)能力強(qiáng)。

(5)需要專(zhuān)門(mén)配置交流發(fā)電機(jī)組，提供輔助設(shè)備和照明電源；（6）直流發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)成本高，壽命相對(duì)較短，維護(hù)困難，還需特別考慮防爆問(wèn)題；（7）動(dòng)力機(jī)不能互濟(jì)，總裝機(jī)功率大，影響可靠性。7

三、AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)

這是當(dāng)前世界最流行的電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)類(lèi)型。

1、動(dòng)力分配

由柴油機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)交流電，通過(guò)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力并車(chē)，集中供電。再經(jīng)可控硅整流裝置將交流電變?yōu)橹绷麟姡?qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，從而帶動(dòng)工作機(jī)工作。

典型的動(dòng)力分配圖如下。89返回24

2、AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的特點(diǎn)

（1）具有AC—AC、DC—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)；（2）用直流電動(dòng)機(jī)價(jià)格高、壽命短，還需特別需考慮防爆問(wèn)題。（3）投資成本略高于DC—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。

是當(dāng)今電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的主力機(jī)型之一。10

四、AC—VF—AC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)

基本原理用柴油機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電，通過(guò)可控硅變頻器，得到可以改變頻率的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)工作，從而帶動(dòng)鉆機(jī)各工作機(jī)工作。在可控硅變頻器的內(nèi)部，經(jīng)歷兩次電流性質(zhì)的改變：首先用晶閘管整流電路將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)電壓的直流電，再用逆變器將可調(diào)直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)頻率的交流電。（見(jiàn)圖）利用改變頻率，交流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可以人為地改變，得到人為的柔特性，滿(mǎn)足鉆機(jī)工作機(jī)的性能要求。人為特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖。

11返回1112特點(diǎn)：

1、具有AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)所有優(yōu)點(diǎn)；

2、克服了AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的主要缺點(diǎn)；

3、變頻器價(jià)格稍高，傳動(dòng)效率稍低。是當(dāng)今電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的最高水平。最終將全部取代AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。

第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

一、機(jī)械特性的分類(lèi)

機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩M而變化的關(guān)系。一般用曲線(xiàn)表示，稱(chēng)機(jī)械特性曲線(xiàn)。

按轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩M變化的程度不同，機(jī)械特性可分為三類(lèi)：

1、當(dāng)時(shí)，為特硬特性；在n—M曲線(xiàn)上，表現(xiàn)為一條水平線(xiàn)。

2、當(dāng)時(shí)，為硬特性；在n—M曲線(xiàn)上，表現(xiàn)為一條略向下傾斜的直線(xiàn)。

3、當(dāng)時(shí)，為柔特性；在n—M曲線(xiàn)上，表現(xiàn)為一條近似的雙曲線(xiàn)。

見(jiàn)下圖。1314

二、電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性

固有機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n隨轉(zhuǎn)矩M而自動(dòng)變化的關(guān)系。用曲線(xiàn)表示，則稱(chēng)固有機(jī)械特性曲線(xiàn)。

1、交流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性

a、同步交流電動(dòng)機(jī)

同步交流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性為

特硬特性。

特點(diǎn)：具有較高的功率因數(shù)，效率高；啟動(dòng)性能很差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壽命相對(duì)較短，價(jià)格較高。適用于：不經(jīng)常啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速恒定的中、大功率場(chǎng)合。

用得較少。

b、異步交流電動(dòng)機(jī)

異步交流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性為

硬特性。特點(diǎn)：過(guò)載能力較大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便、便宜。適用于：不需要調(diào)速的各種場(chǎng)合。

交流電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線(xiàn)見(jiàn)下圖。1516

2、直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性

直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速方便；啟動(dòng)力矩大。缺點(diǎn)：價(jià)格高、維護(hù)困難。

按照勵(lì)磁方式，可以分為：并勵(lì)、它勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，石油現(xiàn)場(chǎng)最常用的是它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。

a、并勵(lì)、它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

并勵(lì)、它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性均為硬特性。

電路原理與固有機(jī)械特性見(jiàn)下圖。1718

b、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)

串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性為柔特性。

該特性很好，滿(mǎn)足鉆機(jī)的絞車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)的要求。但是，當(dāng)載荷很小時(shí)，轉(zhuǎn)速過(guò)高，有“飛車(chē)”危險(xiǎn)，不適合用鏈條、皮帶傳動(dòng)。這導(dǎo)致其不能用在石油鉆機(jī)上。

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三、直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性

人為機(jī)械特性：人為地改變直流電動(dòng)機(jī)某些參數(shù)而獲得的機(jī)械特性。通常也稱(chēng)：調(diào)速特性。

現(xiàn)代石油鉆機(jī)廣泛使用它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，這里主要講它的調(diào)速特性。它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的基本調(diào)速方式有：

1、在電樞電路中串電阻調(diào)速（見(jiàn)曲線(xiàn)）特點(diǎn)：空載轉(zhuǎn)速不變；轉(zhuǎn)速只能下調(diào)；轉(zhuǎn)速越低，特性越軟；調(diào)速方便；調(diào)節(jié)電阻長(zhǎng)期大量耗電，不經(jīng)濟(jì)。適用場(chǎng)合：中小功率電機(jī)。石油鉆機(jī)不適用。

202、降低電樞電壓調(diào)速（見(jiàn)曲線(xiàn)）

特點(diǎn)：

1）轉(zhuǎn)速只能下調(diào)；硬特性不變（固有特性曲線(xiàn)平移）；

2）調(diào)速方便；調(diào)速范圍大；經(jīng)濟(jì)性好。

可適用場(chǎng)合：石油鉆機(jī)。

3、在勵(lì)磁電路中串電阻調(diào)速（見(jiàn)曲線(xiàn)）

特點(diǎn)：

1）轉(zhuǎn)速只能上調(diào)；隨所串電阻增大，特性變軟；

2）調(diào)速方便；經(jīng)濟(jì)性較好。轉(zhuǎn)速不得超過(guò)額定值的20%?？蛇m用場(chǎng)合：石油鉆機(jī)。

四、鉆機(jī)用它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性

石油鉆機(jī)的工作主機(jī)是絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、泥漿泵。一般情況下，工作機(jī)的轉(zhuǎn)速都是從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)。對(duì)于絞車(chē)，當(dāng)大鉤空載上行時(shí)，為了減少上行時(shí)間，需要短時(shí)高速運(yùn)行，此時(shí)，可以高于額定轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)代鉆機(jī)采用AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)（組）電動(dòng)機(jī)用一個(gè)可控硅控制柜，電樞的輸入電壓易于調(diào)節(jié)，故鉆機(jī)中大都采用它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)合調(diào)速：

降低電樞電壓＋勵(lì)磁電路串電阻。2223AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)電路調(diào)速過(guò)程如下：

a、當(dāng)勵(lì)磁電路中串入的調(diào)速電阻阻值Rf=0、電樞輸入電壓為額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為固有機(jī)械特性；

b、當(dāng)需要增速時(shí)，增大勵(lì)磁電路中串入的調(diào)速電阻阻值Rf，固有機(jī)械特性曲線(xiàn)上移，且特性變軟；

c、當(dāng)需要減速時(shí)，將勵(lì)磁電路中串入的調(diào)速電阻Rf調(diào)至0，然后通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅晶閘管的觸發(fā)電路，降低電樞輸入電壓，電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線(xiàn)向下平移。

參見(jiàn)下圖。

第三節(jié)AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的可控硅電源簡(jiǎn)介

現(xiàn)代鉆機(jī)采用AC—SCR—DC電驅(qū)動(dòng)方式，每臺(tái)（組）電動(dòng)機(jī)用一個(gè)可控硅控制柜，將交流電轉(zhuǎn)變成可調(diào)的直流電，驅(qū)動(dòng)它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。

一、可控硅控制系統(tǒng)的主要作用

柴油機(jī)帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，經(jīng)電力并車(chē)后進(jìn)入交流電網(wǎng)（見(jiàn)前圖）?？煽毓杩刂葡到y(tǒng)完成以下主要工作：

a、經(jīng)三相電力變壓器輸入600V交流電，經(jīng)晶閘管構(gòu)成的全控橋式整流電路轉(zhuǎn)換成可調(diào)電壓的直流電，供給它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞；