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正文內(nèi)容

鉆機電驅(qū)動使用手冊(編輯修改稿)

2025-10-04 08:26 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 電路的時間常數(shù) (τ =RC)而與放大器本身的參數(shù)無關(guān)。 圖 1— 18( a)為滯 后積 分器 電路,當(dāng)輸入端加一躍變信號 Vi時,輸出電壓的躍 變 值 為Vj=Vi(t)R1[R2/(R1+R2)Ri] (1— 9) 輸出電壓的最終值為 vf=ViR1/Ri (1— 10) 時間常數(shù) τ =( R1+R2) C 輸入信號電壓和輸出信號電壓的波形圖如圖 1一 18(b)所示。 圖 l一 19(a)為導(dǎo)前積分器電路,當(dāng)輸入端加一躍變信號 vi時, 輸出電壓的躍變值為 Vj=vi R3 (R1 + R2)/R1 R2 (1— 11) 輸出電壓的最終值為 Vf=Vi R3/ R2 (1— 12) 時間常數(shù) τ =(R1+R2)C 輸入信號電壓和輸出信號電壓的波形圖如圖 1— 19(b)所示 o 豆豆圖書集 13 . 8 微分器 基本微分器如圖 l一 20所示。輸入的待微分電路加到反相輸入端;將信號源與放大 器反相輸入端之間的電阻換成電容 C,就得到基本微分器。 由克希荷夫電流定律可得 C [dVi(t)/dt]=V0/ R 所以圖 1— 20 本微分器 V0(t)=RC [dVi(t)/ dt] (1— 13). 即輸出電壓為輸入電壓對時間的導(dǎo)數(shù)。其比例常數(shù)取決于反饋電路的時間常數(shù) τ =RC,而與放大器本身的參數(shù)無關(guān)。 微分和積分在數(shù)學(xué)上互為反函數(shù)運算。在運算放大器的電路構(gòu)成上,組成反饋電路的一個元件是電阻。另一個是電容。由于電容上的電壓和流過電容的電流互為微分和積分,所以將兩個元件位置互換,便得到互為反函數(shù)關(guān)系的兩種運算電路。 1. 3 閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 在 ZJ50D和 ZJ70D電驅(qū)動鉆機電控系統(tǒng)中,不論柴油發(fā) 電機組的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié),還是直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),都是通過閉環(huán)控制實施自動調(diào)節(jié)的。為簡明起見,現(xiàn)以直流電動機調(diào)速系統(tǒng)為例進(jìn)行分析,其它自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與此相似。 串勵電動機的轉(zhuǎn)速與電動機的供電電壓直接相關(guān),因此,調(diào)節(jié)電動機供電電壓即可改變電動機轉(zhuǎn)速。在 ZJ50D鉆機和 ZJ70D中采用晶閘管一電動機調(diào)速系統(tǒng)。它是通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位,以改變 SCR橋輸出電壓,從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。 1. 3. 1 對轉(zhuǎn)速控制的要求 1. 3. 1. 1 調(diào)速 即在 — 定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)平滑地 (無級 )調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)速。 1. 3. 1. 2 穩(wěn)速 以 — 定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行,在各種可能的干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動,以滿足鉆井工藝要求。 1. 3. 1. 3 加、減速 在起下鉆作業(yè)中,頻繁啟動和制動,要求盡快加減速以提高生產(chǎn)率,同時也要求盡量平穩(wěn)。 以上三條有時都須具備,有時只要求一項或兩項,特別是調(diào)速和穩(wěn)速兩項經(jīng)常碰到。為了滿足鉆機對電動機和發(fā)電機功能上的要求,在 zJ50D(zJ70D)驅(qū)動系統(tǒng)中采用閉環(huán)控制方案。 1. 3. 2.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 豆豆圖書集 14 在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,速度的調(diào)節(jié)是通過反饋環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)的。以直流調(diào)速系統(tǒng)為 例,將反映直流電動機轉(zhuǎn)速的 SCR 橋輸出電壓的一部分 Vfb 與轉(zhuǎn)速定電壓 Vref 相比較后,得到偏差電壓 △ V,經(jīng)過放大器產(chǎn)生觸發(fā)電路的控制 Vo,再經(jīng)過觸發(fā)電路變換,產(chǎn)生不同相位的觸發(fā)脈沖,使晶閘管輸出可調(diào)電壓,用以控制電動機轉(zhuǎn)速,這就組成了反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),其原理框圖示于圖 l一 2l中??梢姡答侀]環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)。只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差,它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。其物理過程是轉(zhuǎn)速稍有降落,反映轉(zhuǎn)速的反饋電壓必有減小,通過比較放大器,提高整流橋輸出電壓 Vd,使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速又有所回升??梢婇]環(huán) 系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用,在于它隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電壓。當(dāng)然這種自動調(diào)節(jié)作用是依靠反饋量和給定量之差進(jìn)行控制的,屬于有靜差的控制系統(tǒng)。對于負(fù)載擾動等具有良好的抗干擾性能,對于被負(fù)反饋環(huán)包圍的在前向通道上的一切擾動作用都具有抵抗能力,都能減小被調(diào)量受干擾后產(chǎn)生的偏壓。但對于給定作用的變化則盡快跟隨,絲毫不受反饋作用的抑制。 1. 3. 3 PI 調(diào)節(jié)器 前面所述系統(tǒng)是采用比例放大器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),它只能滿足穩(wěn)態(tài)精度的指標(biāo),在動態(tài)中可能不穩(wěn)定。若采用比例積分 (P1)調(diào)節(jié)器代替比例 放大器,可使系統(tǒng)穩(wěn)定,還有足夠的穩(wěn)定裕度。這是由于在 PI 調(diào)節(jié)器中,若在階躍輸入作用下,比例調(diào)節(jié)器輸出可以立即響應(yīng),而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸變化,但最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。那么,既要穩(wěn)態(tài)精度高,又要瞬態(tài)響應(yīng)快,只要把兩種控制規(guī)律結(jié)合起來就行了。 圖 l一 22給出了 PI調(diào)節(jié)器輸出和輸入的動態(tài)過程。在輸入電壓 △ V的作用下,輸出電壓中的比例部分 (1)和 △ V 成正比,積分部分 (2)是 △ V 的積分,輸出電壓 Vo 是兩部分之和(1)+(2)。可見, Vo 既具有快速響應(yīng)性能又足以消除系統(tǒng)的靜差。故 PI 調(diào)節(jié)器在調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 豆豆圖書集 15 1. 3, 4 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 如果對系統(tǒng)的動態(tài)特性要求較高,比如要求快速啟動、制動,突加負(fù)載動態(tài)速降小等等,只有轉(zhuǎn)速反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。 如果突加負(fù)載時,在過渡過程中始終保持電流 (轉(zhuǎn)矩 )為允許的最大值,使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動,到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這個理想過程示于圖 l一 23 中。這時啟動電流呈方形波,而轉(zhuǎn)速是線性增長的。 為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動,關(guān)鍵是要 獲得一段使電流保持最大值 Idm 的恒流過程。采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。 生產(chǎn)工藝一般要求在啟動過程中只有電流負(fù)反饋而得到一個近似的恒流過程,不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端。到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋,不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就能得到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋作用,又使它們只能分別在不同的階段起作用。實施的方法是:在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,二者間實行串級聯(lián)接,如圖 l一 24 所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器的輸出 去控制觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看,電流調(diào)節(jié)器在里面,叫做內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外邊,叫做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 為了獲得良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用兩個 PI調(diào)節(jié)器,其原理圖如圖 l一 25所示。在圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性,還表示出兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓即飽和電壓,決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值;電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓是 Vctm,它限制了晶閘管整流輸出電壓的最大值。 電路設(shè)計得在正常運行時,只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有飽和和不飽和兩種狀態(tài),而 電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時,輸出為恒值,輸入量的變化不再影響輸出,除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。就是說,飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出之間的關(guān)系,相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)器開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時, PI作用使輸入偏差電壓 △ V在穩(wěn)態(tài)時總是 豆豆圖書集 16 零。 當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時,負(fù)載電流 Id 小于最大電流 Idm,表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,這時轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm后,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和,電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用,系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差,得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個 PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)外兩 個閉環(huán)的效果。 1. 4 電氣控制系統(tǒng)簡介 DDF系列電驅(qū)動鉆機電控系統(tǒng)的作用是從柴油發(fā)電機組得到 — 個三相 600V和 50Hz的穩(wěn)定交流電源,并通過斷路器將發(fā)電機輸出集中到公共交流母線 — 。 SCR整流橋?qū)⒔涣麟娫凑鞒?0~ 750V連續(xù)可調(diào)的直流電流,并通過指配接觸器驅(qū)動各直流電動機。 DDF系列電控系統(tǒng)分布圖如圖 1— 32 所示,其系統(tǒng)單線圖見圖 002— 00。 DDF 系列的動力和控制流向如圖 l一 33所示。 豆豆圖書集 17 1. 4. 1 交流電動機控制中心 該控制中心的主要功能是對井場的鉆臺、泥漿泵房、泥漿循環(huán)罐區(qū)、油罐區(qū)、壓氣機房和水 罐等區(qū)域的交流電動機進(jìn)行控制,并給井場提供照明電源。若井場需要設(shè)置輔助發(fā)電機組,可在 MCC 柜配置輔助發(fā)電機投入 380V 母線的接口。 MCC 的控制柜中裝有斷路器、接觸器、繼電器、按鈕、儀表、指示燈以及各種保護裝置。 1. 4. 2 交流控制裝置 電驅(qū)動鉆機交流動力系統(tǒng)一般由 3 或 4 臺柴油發(fā)電機組構(gòu)成。 3 或 4 臺機組并于 3 相600VAC 50HZ母線上,因此采用 3或 4套交流控制柜對應(yīng)控制 3或 4臺柴油發(fā)電機組。 交流控制裝置的功能是控制多臺機組,使其在負(fù)荷允許變化的范圍內(nèi)保證輸出穩(wěn)定的電壓 (600VAC)和頻率 (50Hz), 并對機組進(jìn)行多項保護。 在交流控制柜中主要安裝有下列設(shè)備: 豆豆圖書集 18 1. 4. 2. 1 斷開器( CB) 斷路器( CB)是使發(fā)電機母線與主母線通斷的執(zhí)行電氣器件,并具有短路、過流和欠壓保護功能。 1. 4. 2. 2 交流控制組件( ACMD) 交流控制組件是控制柴油發(fā)電機組轉(zhuǎn)速和電壓的核心部件,同時具有負(fù)荷均衡分配和各種保護功能(過壓、過頻、欠頻、逆功和反饋脈沖丟失)。 1. 4. 2. 3 勵磁電路板( EXCITER PC) 該板向發(fā)電機勵磁機提供可控的勵磁電流。 1. 4. 2. 4 功率限制盒( POWER LIMIT) 功率限制盒的 作用是限制司鉆從機組取用的功率或總電流。以免柴油機停車和發(fā)電機斷路器跳閘。機組發(fā)生逆功和欠頻時,也限制功率和電流。同時對負(fù)荷變化速率進(jìn)行限制。 1. 4. 2. 5 同步裝置( SYNC) 待上線機組和母線的電壓和頻率由同步裝置進(jìn)行控制和顯示,保證并車安全。 1. 4. 2. 6 接地故障檢測裝置( GROUND FAULT DETECTOR) 如果 600V交流或 SCR輸出直流出現(xiàn)接地故障,均由接地故障檢測裝置進(jìn)行檢測和顯示。 1. 4. 3 直流控制裝置 (SCR) 電驅(qū)動鉆機直流動力系統(tǒng)由 3或 4套 SCR(晶閘管 )整流柜和直流電動機 組成。運用直流接觸器進(jìn)行切換,亦稱“ 1 拖 2”驅(qū)動方案。有 4 臺電動機驅(qū)動 2套泥漿泵 (MP), 2臺電動機驅(qū)動絞車 (DW),其中絞車電動機 A(DWA)可以通過機械離合器拖動轉(zhuǎn)盤 RT。有的鉆機還設(shè) 豆豆圖書集 19 有頂驅(qū)電動機 TD。 直流控制柜中主要安裝有下列設(shè)備: 1. 4. 3. 1 斷路器 (CB) 該斷路器主要通斷 SCR柜與主母線,并具有過流、短路、過熱及應(yīng)急關(guān)斷等保護功能。 1. 4. 3. 2 晶閘管整流橋 (SCR) 該整流橋為 3 相全控整流電路,由 6 個大功率晶閘管 (1200V 1000A)組成,將 600VAC整流 成 0— 750VDC。 裝有強 風(fēng)冷散熱裝置,并裝有過熱和短路檢測器件。 1. 4. 3. 3 直流控制組件 (DC MD) 直流控制組件是控制 SCR橋的核心部件,具有轉(zhuǎn)速、電流 (轉(zhuǎn)矩 )和絞車能耗制動控制功能,還具有功率限制、零位聯(lián)鎖保護和過電流保護等功能。 豆豆圖書集 20 1. 4. 3. 4 直流接觸器 (CONT) 在司鉆控制臺和 PLC的控制下,指配 SCR柜對各功能電動機 (MP、 DW、 RT或 TD)的供電和轉(zhuǎn)向控制。 1. 4. 3. 5 皮帶輪防滑板 (SPROCKET. SLIP) 當(dāng)泥漿泵皮帶輪因打滑
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