变极式三相异步电机用于石油钻机绞车传动控制研究

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1、石油仪器2011年第25卷第4期PETROLEUMINSTRUMENTS·5··开发设计·变极式三相异步电机用于石油钻机绞车传动控制的研究王华勇周骥(西安宝美电气工业有限公司陕西西安)摘要：石油钻井用电动钻机有交流电机驱动绞车的传动系统，绞车的调速是通过电机的变频调速和机械传动比变换联合实现的。文章介绍了钻机绞车工况对传动的需求和变极三相异步电动机A／yY的变极调速特性，并以此设计一种新型石油钻机用绞车机电传动系统关键词：石油钻机；绞车；异步电动机；A／yy变极调速中图法分类号：TE928文献标识码：B文章编号

2、：1004—9134(2011)04—0005．021)能无级变速，以充分利用功率，速度调节范围R0引言=：5。随着电动钻机在石油钻井行业的广泛使用，使用2)可短期过载，以克服启动动载、轻度卡钻和振动者对设备的要求呈现出多样化的趋势。针对绞车的传冲击。动系统方面使用者提出了减小变速机构体积和增加提3)绞车启、停操作频繁，要求动力系统有良好的启升载荷能力的要求。目前，电动钻机的绞车拖动有直动性能和灵敏、可靠的控制离合装置。流电动机加四档机械变送箱拖动和交流异步电动机加1．2存在的问题两档机械变速箱拖动两种方案。本

3、文介绍一种采用变目前，电动钻机绞车采用第二种传动方案的传动频器控制变极三相异步电机实现绞车调速传动系统方系统被广泛使用，具体表现为通过变频器控制交流异案，在机械上可以不需要两档变速结构，并针对此方案步电机和具有高、低速两个档位机械变速箱组成的传进行了理论上的研究与探讨。动系统，通过变换档位和电机变频调速，最终实现对绞1变极三相异步电机技术用于石油钻机绞车车的宽范围调速控制。但这种传动系统存在以下不足电气传动控制的可行性_】之处：1．1绞车的工作特性的分析1)由于异步电动机的变频调速范围有限，满足了绞车是钻机起升

4、系统的重要设备，主要功用有上低速段的大扭矩输出要求，就满足不了小扭矩高速段紧、卸扣和悬挂钻具，提升和下放钻具或套管，利用捞的最高速度要求；沙滚筒提取岩心筒、试油等工作，同时在自升式井架的2)绞车在高速段运行时，为了得到更高的速度，只钻机设备中用来起放井架。钻井绞车的工作特点是载有提高电动机转速。此时，异步电机工作在恒功率特荷大，而且载荷变化也大。实际工作中，每起一个立性段，通过变频器控制，实现弱磁增速。但是，此时电根，载荷变化一次，重载荷时提升慢一些。例如钻机的机转矩急剧下降，绞车的提升力也随之大幅下降；起升，

5、深层时的起钻；轻载荷时提升快一些。例如空大3)需要频繁切换变速箱档位。钩起升、下降，这样才能充分利用动力机组在理想的恒设计新型的绞车拖动系统在高速时提供足够大的功率曲线上工作。提升力是一个新的课题，单纯采用提高电机恒转矩段针对石油钻机绞车的工作特点，对动力机组提出的方法将加大电机的输入功率，会导致控制系统成本的要求是：的大幅上升，实现起来困难极大。采用双速电机使绞第一作者简介：王华勇，男，1962年生，1987年毕业于西安电视广播大学机械设计专业。现在西安宝美电气工业有限公司生产制造部从事机械设计及技术管理工作

6、。邮编：710065石油仪器·6·PETR0LEUMINSTRUMENTS车低速大扭矩和高速小扭矩工作在电机的不同额定转1．4解决方案速段，是现实而经济的选择。综上所述，我们的设计方案是，采用变极三相异步1．3变极三相异步电机的变极调速特性电动机作为绞车的拖动电机构成新型传动系统，采用三相异步电动机的实现变极调速的方法有多种，△／YY的变极调速附加变频器调速的调速方案。这个我们采用△／YY的变极调速，△和YY是指变极调速此方案切合了绞车的工作特点，可以满足绞车设备的时，两种极数的接法。其中，△接法是低速，YY接

7、法是要求。在低速大扭矩工况，例如钻机的起升，深层时的高速，如图1所示。对比图1(b)和图1(a)，一半绕组起钻时，变极三相异步电动机采用△接法，电机工作的电流反向，实现了变极。在低速大扭矩特性区间。在高速小扭矩工况，例如空大钩起升，变极三相异步电动机采用YY接法，电机工作在高速小扭矩特性区间。变极三相异步电动机的A／YY调速方案使电机成实现了电机的双速，极大地增加了电机的调速范围。该设计方案具有以下优点：(a)(b)(c)变极三相异步电动机采用△接法，电机的额定转图1A—YY的变极调速速是n1，额定扭矩是，此时

8、电机在额定功率范围内两种接法运行情况，假设电源电压不变，不考虑不工作，适合工作在大扭矩特性区问。变极三相异步电同接法时'7和cos的变化，电机固有特性简述如下：动机采用，1，接法，电机的额定转速是2n．，额定扭矩1)电机绕组△接法是57％的，此时我们可以得到2倍的转速，但扭矩只①／v(△)=nl减少了43％。这种特性很好的适应了绞车在高速时②P(△)=3xUIxle×(△)×COS(△