Электропривод буровой установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электропривод буровой установки

Буровые установки на ранней стадии своего развития имели дизельный привод, который в дальнейшем стал вытесняться электрическим. Как показала практика, производительность аналогичных буровых установок с электроприводом выше вследствие его более высокой надёжности, лучших регулировочных свойств и меньших затрат времени на обслуживание и ремонт.

Применение регулируемого электропривода вместо нерегулируемого асинхронного или синхронного, использовавшихся ранее на буровых установках, позволило упростить кинематические схемы главных механизмов и реализовать оптимальные режимы бурения.

Для буровых установок с глубиной бурения свыше 2500 м наиболее широко в настоящее время используется регулируемый электропривод постоянного тока по системе ТП-Д (тиристорный преобразователь - двигатель).

Вместе с тем важной остается задача применения на буровых установках регулируемого электропривода на основе асинхронного двигателя как наиболее широко распространенного, простого и надежного в эксплуатации.

Проблема создания и совершенствования регулируемых асинхронных электроприводов решается в настоящее время путем дальнейшего развития различных способов управления асинхронными двигателями на базе использования последних достижений в области полупроводниковой техники.

Бурное развитие асинхронных электроприводов с частотным управлением послужило основой для разработки электроприводов по системе ПЧ-АД (преобразователь частоты - асинхронный двигатель) и для буровых установок (например, «Уралмаш 5000/320 ЭК-БМЧ»).

Наряду с такими сложными и дорогими системами асинхронного электропривода с частотным управлением получают свое дальнейшее развитие и более простые схемы асинхронных электроприводов с параметрическим регулированием, не предусматривающие изменения скорости вращения магнитного поля статора.

Весьма перспективным для буровых установок является асинхронный электропривод с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора, с помощью которого в замкнутых системах с использованием различных обратных связей можно осуществлять автоматическое регулирование координат электропривода (скорости, момента, тока двигателя, ускорения, пройденного пути и т.д.).

Асинхронный электропривод с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора может быть выполнен в двух вариантах:

- с потерей энергии скольжения в виде тепла в добавочных сопротивлениях роторной цепи (рис. 1);

- с рекуперацией энергии скольжения в сеть с помощью инвертора, ведомого сетью (рис. 2).

асинхронный электропривод импульсный буровой

Рис. 1. Асинхронный электропривод с импульсным регулятором и потерей энергии скольжения

В первом варианте (рис. 1) к выходу неуправляемого трехфазного мостового выпрямителя UZ, включенного в роторную цепь асинхронного двигателя М, подсоединяется резистор R (или RC-цепь) и параллельно ему импульсный регулятор (ключ) ИР.

Периодическое отпирание и запирание ключа ИР с определённой частотой (до 1ч3 кГц) и регулируемой скважностью приводит к эффекту плавного регулирования активного сопротивления в роторной цепи. В случае периодического шунтирования резистора R среднее значение импульсно-регулируемого сопротивления можно изменять в пределах от 0 до значения R; в случае шунтирования RC-цепи - от 0 до бесконечности.

В качестве ИР целесообразно использовать, как показано на рис. 1, один силовой транзистор с изолированным затвором IGBT, которые выпускаются серийно в единичном исполнении на токи до 3600 А и напряжения до 6,3 кВ, что вполне достаточно, например, для управления высоковольтным асинхронным двигателем мощностью свыше 1000 кВт.

Формирование желаемых механических характеристик и переходных процессов рассматриваемого асинхронного электропривода осуществляется с помощью системы автоматического регулирования (САР) и сигналов различных обратных связей u_ос по регулируемым координатам.

Для ряда машин и механизмов, где в процессе выполнения технологического цикла требуется кратковременная работа на пониженной скорости (до 5ч10% времени цикла), применение асинхронного электропривода с потерей энергии скольжения не приводит к существенному снижению циклового КПД электропривода, и он может оказаться даже выше, чем у более дорогого частотного электропривода.

Таким образом, и для асинхронных электроприводов с потерей энергии скольжения (первый вариант) находится определенная область, где их применение дает наибольший экономический эффект по сравнению с другими системами (например, крановые механизмы).

Для буровых механизмов, электропривод которых может работать на пониженных скоростях продолжительное время, целесообразно использовать второй вариант асинхронного электропривода с импульсным регулятором, позволяющий рекуперировать энергию скольжения в сеть (рис. 2).

Рис. 2. Асинхронный электропривод с импульсным регулятором и рекуперацией энергии скольжения в сеть

В качестве приводных двигателей буровых механизмов в рассматриваемых схемах можно использовать асинхронные двигатели с фазным ротором на номинальное напряжение 6 кВ, питая их без преобразователей прямо от электрической сети напряжением 6 кВ. С исключением преобразователей из схемы питания двигателя исчезают и потери в них, в результате чего повышается КПД электропривода.

На рис. 2 представлена схема асинхронного электропривода с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора для буровой установки с питанием статора асинхронного двигателя М непосредственно от сети 6 кВ. В цепь ротора М включен неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель UZ. К его выходу подключен импульсный регулятор ИР (силовой транзистор с изолированным затвором IGBT) и параллельно к нему, через отсекающий диод VD и LC-фильтр, - ведомый сетью инвертор UV с трансформатором Т.

Задачей инвертора в этой схеме является только рекуперация энергии скольжения в сеть, и он постоянно работает с неизменным минимальным углом опережения отпирания тиристоров в_мин, обеспечивая тем самым максимальное значение ЭДС инвертора Е_макс и минимальное потребление инвертором из сети реактивной мощности, что повышает коэффициент мощности электропривода в целом. Управление двигателем, формирование механических характеристик и регулирование координат электропривода производится с помощью импульсного регулятора ИР.

Периодическое отпирание и запирание ключа ИР с определённой частотой (до 1ч3 кГц) и регулируемой скважностью обеспечивает плавное регулирование среднего значения ЭДС инвертора от нуля (если ИР постоянно открыт, Е=0) до максимального значения (если ИР постоянно заперт, Е=Е_макс).

Литература

асинхронный электропривод импульсный буровой

1. Данилов П.Е. Основы теории, исследование и разработка асинхронных электроприводов с импульсным регулятором в цепи выпрямленного тока ротора для крановых механизмов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва. 1989 г.

2. Данилов П.Е. Крановый асинхронный электропривод с импульсным регулятором в роторной цепи. Учебное пособие. - Смоленск: филиал ГОУ ВПО «МЭИ(ТУ)» в г. Смоленске, 2005. - 92 с.

3. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 344 с.: ил.

4. Машиностроение. Энциклопедия/ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. М.: Машиностроение. Электроприводы. Т. IV - 2 / Л.Б. Масандилов, Ю.Н. Сергиевский, С.К. Козырев и др.; под общ. ред. Л.Б. Масандилова, 2012. 520 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru