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电机的分类与调制分解 |
来源：推荐 发表时间：2013-2-16 10:20:09 点击：5208 |
在国内外钻井市场上，由于电驱动具有更好的经济性、先进性、可靠性、适应性、机动性、互换性；特别是更能适应现代越来越复杂和精确的钻井工艺的要求，近些年特别是在国内，电动钻机得到了大力发展和推广应用。出现了实力雄厚的兰州石油机械厂，宝鸡石油机械厂和四川的广汉宏华等电动钻机生产厂家，为我国石油钻探设备向电气化升级换代起到了关键作用。
1电动钻机的分类电动钻机主要分为两大类，一类为可控硅直流调速；一类为交流变频调速。由于可控硅直流调速应用的比较早，成本、技术和维护都得到了广大客户的认可和众多技术人员的技术支持；而交流变频则是近几年发展起来的，由于其成本高，维护难度大，现在一般只应用在顶驱和采用转盘独立驱动系统的机械钻机中。绝大部分可控硅直流调速的电动钻机都采用串励直流电机来驱动主要的钻井设备，如：绞车、转盘、泥浆泵。
2电机调速原理分析电动钻机的大部分优点都来自于所采用的串励直流电机和其先进的直流调速系统，串励直流电机比其他直流电机工作更可靠，供电更方便，无需励磁电源，启动转矩大，供电线路上产生的压降不会影响电机工作；同时为了使电动钻机设备工作更有效，串励直流电机（某无缆化驱动电机研究）的调速系统采用了双闭环控制系统，其控制模型如所示。
Un为电机速度给定，N为速度反馈，I为电流反馈。其中内环用电流负反馈构成电流环，对电网电压波动予以补偿，同时对电机的转矩进行自动调节，对电枢电流和电流变化率进行限制；其外环用转速负反馈构成电压环，对被调量转速进行自动控制，使电机的转速与手轮给定相符。
在这个控制系统中，反馈量I可以通过霍尔电流传感器得到，但是转速信号的反馈没有采用常规的测速电机或编码器，而是通过电机的特征方程的转换，利用已有的其它反馈信号经过计算得出可用的速度反馈信号，这样就完全消除了由于增加了测速电机或编码器而可能带来的故障率，从而增加了电动钻机的可靠性。
3转速算法推导串励直流电机的转速公式为：n={U-Ia（Ra Rs）}Ce5=ECe5（1）式中：Ra――电枢电阻；Rs――串励绕组电阻；Ce――电势常数；5――磁通量；n――电机速度；U――电机直流电压；Ia――电枢电流（在串励电机中等于励磁电流If）；E――电枢反电势又因为在串励电机中，电机电压U与电枢反电势E近似成正比，在这里设为UE=K（K决定于电机的结构参数，为一常数），则n=U（K×Ce×5）
由上式可知：电机转速可由电压U和磁通5相除得到。电压可以测量到，但是磁通量怎么测量呢
对于串励直流电机，其磁通5与励磁电流即电枢电流有如所示磁化曲线：4转速反馈的实现为了能够将电流转换成磁通，特设计出具有如所示功能的函数发生器，可以看出其电流磁通的关系曲线基本与电机的真实磁化曲线一致，并且在实际应用中也如理论设计一致。
函数发生器的具体电路如所示：运放Z702以及电阻和二极管网络组成函数发生器，18端输入的电枢电流经过该函数发生器，模拟从电流到磁通的变换，成为磁通5.发生器共有四条反馈支路：①当电流信号很小时，只有R725起负反馈作用，其余三条支路由于D703、D704和D705截止，没有反馈作用，在这种条件下，5――Ia关系如磁化曲线的oa段；②当电流输入信号增大一些后，由于D703阴极电位最低，所以D703首先导通，反馈比原来加强，5与Ia的比值相对减小，相当于曲线的ab段；③当电流信号继续增大，D704导通，负反馈更加强，相当于曲线的bc段；④当电流信号再增大时，全部二极管导通，负反馈最强，相当于曲线的cd段。由图可以看出曲线oabcd与电机磁化曲线非常相近，因此可将Z702的输出看作与电流成对应关系的磁通量，再将该磁通量经R715、R713和C706稳定及滤波后，送到除法器Z703的6端作为除数；电压信号通过16端和17端输入，经过R705～R708和C703组成的滤波网络，去掉交流成分，再经由运放Z701构成的差动放大器处理后，从15端输到除法器Z703的3端作为被除数。除法器的商从Z703的1和4端输出，作为串励直流电机的速度反馈信号，由19端输至速度调节器中参与速度的自动控制，实现电机的闭环控制。
5结论这种调速系统在电动钻机中得到了广泛的应用，在实际中，调速稳定可靠，完全能满足钻井中各种钻井工艺的要求，为快速、高效的石油勘探开发提供了强有力的设备保障。 |
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