文档介绍：兰州理工大学
硕士学位论文
石油钻机转盘控制系统中矢量调速技术的研究
姓名:王俊英
申请学位级别:硕士
专业:电气工程
指导教师:李战明;彭代清
20050501
研究生::磁场定向的矢量调速技术是一种先进的交流电机控制技术,其控制核心是通过坐流调速系统来进行控制,获得类似直流调速系统性能,已成功应用于轧机,卷扬等,研究和解决,例如再生发电能量的处理,自动送钻功能的实现等。本文以三相感应电机为研究对象,详细地分析了磁场定向矢量控制技术原理、分类及优缺点,在此基础上,结合钻井工艺提出昊E炭刂葡低车奈匏俣却感器矢量控制方案和方案中转速环及转矩电流环的设计方法;系统地讨论了能耗制动原理及在转盘控制系统中的应用,对系统的起动过程和制动过程作了全面分析,方便地实现了钻机转盘电动机的四象限工作特性。给出了现场试验结果并对转盘控制系统的工作特性进行了分析,现场试验结果表明:该转盘控制系统的矢量调速方案及转速环、转矩电流环的设计是可行的、正确的,能够满足钻井工艺的要求。关键词:石油钻机转盘磁场定向矢量控制无速度传感器自动送钻标的旋转和变换,把三相交流异步电动机的模型等效为直流电动机模型,然后模仿直然而作为一种新技术,去代替直流调速时,在石油钻机中的应用还存在许多问题需要能耗制动兰州理工大学工程硕士学位论文
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第一章绪论课题的来源及背景根据中原石油勘探局钻井装备的现状及国内石油钻机市场竞争形势对钻井装备的要求,经过广泛的技术调研,我局提出对现有米、米机械钻机进行一次全面的技术升级,其核心内容就是对转盘采用电驱动代替机械驱动,使机械钻机与电动钻机技术有机结合起来,不仅有利于我局现有钻井装备水平的提高,增强钻井公司参与国内外市场竞争的实力,而且将是安全可靠、经济实用的钻机设备配转盘控制系统是机、电驱动两种型式的石油钻机不可分割的一部分,其性能好坏直接关系着整套钻机是否能正常、安全、可靠地工作,主要是指用电机独立驱动目前,国内电驱动钻机的控制大多数是直流控制系统。直流控制系统在钻采业的应用可分为两个阶段:模拟控制阶段及全数字控制阶段。在年以前,国内咀昊取旯缍昊兄瞥晒Γ刂品绞揭彩悄D饪刂啤进口电驱动钻机电控系统开始采用全数字控制系统。截止年,在国内打井的制占小部分。直流控制系统之所以在很长一段时期内在石油钻采工业中占统治地位,这与特定的历史环境是分不开的。转矩正比于电枢电流,因此,只要能精确地控制电枢电流,就可以精确地控制电磁直流调速控制性能优良。经典的双闭环控制技术已相当成熟,电动机的静动态变流装置制造相对简单,成本不高。变流装置采用晶闸管变流技术,变流装置可靠性较高,。直流电动机结构复杂,成本高,故障多,维护困难,经常因火花大而影响生产。而钻采行业又是一个特殊的生产行业,在钻采过程中,随时都有可能出现爆炸性气体,如天然气等。这就要求在此环境中使用的电控装置及电器设备必须具备很好的防爆特性。而直流电动机因换向火花的存在,经常需要人们投入更多的精力和费用来维护,以消除因火花的存在而产生的隐患。直流电动机换向器的换向能力,限制了电机的容量和速度。直流电动机的极限容量和速度之积约为%畆/矶啻笮突档拇ǘ缍航咏虺该值,设计制造困难,甚至根本造不出来。在石油钻采行业,如泥浆泵、绞车的驱动就不得不采用双电机拖动。而双电机的拖动又给控制提出了新问题。为改善换向能力,要求电枢电感小,转子短租,导致龃螅跋煜低转盘,包括动力机组、驱动转盘电机、调速装置及司钻电控操作台等部分。电驱动钻机电控系统全靠进口,并且全部采用模拟控制。比如:美国公司钻机,电驱动钻机电控系统大部分是直流传动系统,并且模拟控制占主要部分,全数字控直流调速控制简单。以他励直流电动机为例:当励磁恒定时,电磁指标已经能满足人们的要求。转矩。置方案。兰州理工大学工程硕士学位论文
占地面积大易共振等一系列问题。直流电动机除励磁外,全部输入功率都通过换向器流入电枢,电机效率低,由于直流电动机存在诸多因素的不足,这就促使人们考虑能否用交流电动机来代替直流电动机交流电动机的优点:⒔涣饕觳降缍憬峁辜虻ァ⒓峁棠陀谩⒅圃旒虻ァ⒌钟獠慷窳踊肪衬芰η俊这一优点特别适合于石油钻采行业。石油钻采业的工作环境均是在野外、沙漠、海洋,自然环境恶劣,要求用电设备具有很强的抵御外部恶劣环境的能力。可以突破直流电动机的功率速度极限,为设备提供更大的动力,从而提高产量。以石油钻采行业为例,在直流电驱动系统中,泥浆泵的拖动大