石油钻采新装备电驱动钻机.pptx

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。3
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。

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。

62、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%）；
（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。

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。9
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；
（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。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。
返回11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。

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、当时，为特硬特性；在n—M曲线上，表现为一条水平线。
2、当时，为硬特性；在n—M曲线上，表现为一条略向下倾斜的直线。
3、当时，为柔特性；在n—M曲线上，表现为一条近似的双曲线。
见下图。14二、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。

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。16
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。18
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。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