石油工程與裝備課件---第三章-我國常用鉆機(jī)(2)11版

1、第三章第三章 我國常用鉆機(jī)我國常用鉆機(jī) 第二節(jié)第二節(jié) 電驅(qū)動鉆機(jī)電驅(qū)動鉆機(jī) 海洋鉆機(jī)全為電驅(qū)鉆機(jī)；陸用深井鉆機(jī)，海洋鉆機(jī)全為電驅(qū)鉆機(jī)；陸用深井鉆機(jī)，電驅(qū)電驅(qū)日益日益 增多增多。 電驅(qū)鉆機(jī)電驅(qū)鉆機(jī)工作機(jī)用電動機(jī)帶動工作機(jī)用電動機(jī)帶動。 一、分類一、分類 1. 1. 交流電驅(qū)鉆機(jī)交流電驅(qū)鉆機(jī)：即交流發(fā)電機(jī)（或工業(yè)電網(wǎng)）即交流發(fā)電機(jī)（或工業(yè)電網(wǎng)） 交流電動機(jī)驅(qū)動（交流電動機(jī)驅(qū)動（ACACACAC）；）；（A Alternatelternate C Currenturrent ）“陸地鉆機(jī)，已不采用陸地鉆機(jī)，已不采用” 2. 2. 直流電驅(qū)鉆機(jī)直流電驅(qū)鉆機(jī)：即直流發(fā)電機(jī)：即直流發(fā)電機(jī)直流電動機(jī)驅(qū)動直流

2、電動機(jī)驅(qū)動 （DCDCDCDC）；( (D Directirect C Current)urrent)“海洋、陸地深井海洋、陸地深井” 3.3. 可控硅整流直流電驅(qū)鉆機(jī)可控硅整流直流電驅(qū)鉆機(jī)：即交流發(fā)電：即交流發(fā)電 機(jī)機(jī)可控硅整流可控硅整流直流電動機(jī)驅(qū)動直流電動機(jī)驅(qū)動 （ACSCRDCACSCRDC）；）；( (A Alternatelternate C CurrenturrentS Silicon(ilicon(硅硅) ) C Controlledontrolled RectifierRectifier（整流器）（整流器）) )逐漸由逐漸由SCR SCR 代替代替 DCDCDCDC。【用直流

3、電機(jī)調(diào)速好用直流電機(jī)調(diào)速好】 4.4. 正在發(fā)展交流變頻調(diào)速驅(qū)動鉆機(jī)，正在發(fā)展交流變頻調(diào)速驅(qū)動鉆機(jī)，即交即交 流發(fā)電機(jī)流發(fā)電機(jī)變頻調(diào)速器變頻調(diào)速器交流電機(jī)驅(qū)動交流電機(jī)驅(qū)動。 五年前，海、陸幾乎全用五年前，海、陸幾乎全用ACSCRDCACSCRDC電電 驅(qū)鉆機(jī)。有了大功率交流變頻調(diào)速器，交流驅(qū)鉆機(jī)。有了大功率交流變頻調(diào)速器，交流 電驅(qū)鉆機(jī)會增多。電驅(qū)鉆機(jī)會增多。 二、二、 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1. 1. 傳動效率高傳動效率高，較機(jī)傳高較機(jī)傳高16%16%； 2.2. 無級變速無級變速（在某機(jī)械檔下，無級變速）；在某機(jī)械檔下，無級變速）； 3.3. 簡化傳動、控制簡化傳動、控制，易裝調(diào)整，易裝調(diào)整，自動保護(hù)

4、自動保護(hù)。 【 20072007年年1111月月1616日，在寶石機(jī)械日，在寶石機(jī)械7070華誕之際，國家華誕之際，國家 “863863”計劃重點(diǎn)課題項目計劃重點(diǎn)課題項目我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán) 的的1200012000米特深井石油鉆機(jī)在該公司研制成功。米特深井石油鉆機(jī)在該公司研制成功。 12001200米米鉆機(jī)鉆機(jī)是國內(nèi)外第一臺陸地用是國內(nèi)外第一臺陸地用1200012000米米交流變頻交流變頻 電驅(qū)動鉆機(jī)。電驅(qū)動鉆機(jī)。 山東科瑞石油裝備公司山東科瑞石油裝備公司,2009,2009年年1010月生產(chǎn)出月生產(chǎn)出90009000米交米交 流變頻鉆機(jī)流變頻鉆機(jī). . 勝利油田

5、高原石油裝備有限責(zé)任公司勝利油田高原石油裝備有限責(zé)任公司 ,20102010年年8 8月月生生 產(chǎn)出產(chǎn)出90009000米交流變頻鉆機(jī)米交流變頻鉆機(jī). .】 三、三、ZJ60DZJ60D鉆機(jī)鉆機(jī) ZJ60DZJ60D國產(chǎn)國產(chǎn)鉆機(jī)鉆機(jī), ,是第一臺是第一臺6000m6000m級級SCRSCR電驅(qū)鉆機(jī)電驅(qū)鉆機(jī)，蘭石廠制，蘭石廠制 造，造，19871987年年3 3月通過鑒定，傳動系統(tǒng)如圖月通過鑒定，傳動系統(tǒng)如圖3-73-7。 1. 1. 動力動力 四臺四臺PZ12V190BPZ12V190B柴油機(jī)柴油機(jī)交流交流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)； （在（在1500r/min1500r/min時，動力時，動力4 4700

6、kW700kW） 通過通過SCRSCR(AC(AC SCRDC) SCRDC)變換變換； 驅(qū)動驅(qū)動7 7臺臺GE752R GE752R （736kW736kW）直流電機(jī)直流電機(jī)； 單單獨(dú)獨(dú)驅(qū)驅(qū)動各動各工作機(jī)工作機(jī)組。組。 2 2配套設(shè)備配套設(shè)備 SL-450SL-450（450tf450tf）水龍頭；）水龍頭； ZP375ZP375轉(zhuǎn)盤，（開口直徑轉(zhuǎn)盤，（開口直徑37.537.5”，952.5mm952.5mm）；）； 兩臺兩臺3NB-13003NB-1300或或3NB-16003NB-1600鉆井泵；鉆井泵； 閉式絞車閉式絞車，功率，功率1470kW(20001470kW(2000馬力馬力)

7、 )，帶槽滾筒帶槽滾筒， 強(qiáng)制水冷；強(qiáng)制水冷； 通風(fēng)型胎式低速離合器；通風(fēng)型胎式低速離合器； 配配DS-60DS-60（電剎（電剎6000m6000m）電磁渦流輔助剎車；電磁渦流輔助剎車； （電剎：有左、右定子通直流電產(chǎn)生固定磁場，轉(zhuǎn)（電剎：有左、右定子通直流電產(chǎn)生固定磁場，轉(zhuǎn) 子在磁場中產(chǎn)生渦流，兩磁場作用產(chǎn)生制動力矩）子在磁場中產(chǎn)生渦流，兩磁場作用產(chǎn)生制動力矩） 鉆頭自動鉆頭自動送進(jìn)送進(jìn)裝置裝置。 7.5m7.5m高鉆臺高鉆臺（有效高度（有效高度5.6m5.6m），可容納全套），可容納全套 防噴器。防噴器。 可可低位安裝低位安裝55t55t重重絞車絞車。 塔架塔架，高度，高度44.8m44

8、.8m，（也可配前開口井架）。，（也可配前開口井架）。 集中控制集中控制、保護(hù)系統(tǒng)。、保護(hù)系統(tǒng)。 如如司鉆可操作絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、渦流剎車、司鉆可操作絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、渦流剎車、 自動送鉆等，控制集中在司鉆臺上自動送鉆等，控制集中在司鉆臺上。司鉆可選合適。司鉆可選合適 的鉆井參數(shù)、最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況。的鉆井參數(shù)、最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況。 3. 3. 傳動方案傳動方案 絞車用兩臺電機(jī)；每臺泵用兩臺電機(jī)；轉(zhuǎn)盤用一臺絞車用兩臺電機(jī)；每臺泵用兩臺電機(jī)；轉(zhuǎn)盤用一臺 電機(jī)。電機(jī)。共共7 7臺直流電機(jī)臺直流電機(jī)。 絞車：絞車：四軸四軸輸入、變速、貓頭（有撈砂筒）、滾輸入、變速、貓頭（有撈砂筒）、滾 筒軸。筒軸。 撈砂筒

9、：撈砂筒：井中積砂，下筒撈砂。井中積砂，下筒撈砂。 過橋軸：過橋軸：動力傳給轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤自配電機(jī)。動力傳給轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤自配電機(jī)。 四個機(jī)械檔四個機(jī)械檔：輸入軸兩鏈輪，傳動軸分兩路去主滾輸入軸兩鏈輪，傳動軸分兩路去主滾 筒軸。筒軸。 i=11.7i=11.7，7.27.2，4.754.75，2.932.93 n=94 n=94，153153，231231，375375 n n電電1100r/min1100r/min 注：鏈輪，注：鏈輪，27T27T，T-T-齒（齒（ToothTooth）2 2”P P，P P節(jié)距節(jié)距 （PitchPitch）。）。 4. ZJ60D4. ZJ60D鉆機(jī)總特點(diǎn)鉆機(jī)總特

10、點(diǎn) 6000m;ACSCRDC 76000m;ACSCRDC 7臺電機(jī)分別驅(qū)動；塔架或前開臺電機(jī)分別驅(qū)動；塔架或前開 口井架；四軸閉式絞車，帶槽滾筒，有撈砂筒；電磁口井架；四軸閉式絞車，帶槽滾筒，有撈砂筒；電磁 渦流剎車。渦流剎車。 四、四、ZJ45DZJ45D叢式井叢式井鉆機(jī)鉆機(jī) ZJ45DZJ45D國產(chǎn)國產(chǎn)鉆機(jī)，是第一臺成套電驅(qū)動叢式井鉆機(jī)。鉆機(jī)，是第一臺成套電驅(qū)動叢式井鉆機(jī)。 1.1.采用采用AC-SCR-DCAC-SCR-DC電驅(qū)動電驅(qū)動，動力機(jī)與工作機(jī)只需電，動力機(jī)與工作機(jī)只需電 纜連接。纜連接。 2.2.三臺三臺柴油機(jī)柴油機(jī)PZ12V190BPZ12V190B驅(qū)動交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動交流

11、發(fā)電機(jī); ; 3.3.六臺六臺可控硅整流可控硅整流柜；柜； 4.4.六臺六臺直流電機(jī)直流電機(jī)：絞車用：絞車用2 2臺；兩臺鉆井泵各用兩臺；兩臺鉆井泵各用兩 臺。臺。 5. 5. 配配鉆機(jī)移動鉆機(jī)移動系統(tǒng)（叢式井）。系統(tǒng)（叢式井）。 叢式井叢式井: :油井象叢林一樣布置油井象叢林一樣布置, ,目的是開采不同深度的油層目的是開采不同深度的油層. . 第三節(jié)第三節(jié) 電機(jī)驅(qū)動特性電機(jī)驅(qū)動特性 一、一、 電動機(jī)機(jī)械性能電動機(jī)機(jī)械性能 1. 1. 機(jī)械特性機(jī)械特性 電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速n n與電磁與電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩M M之間變化之間變化關(guān)系。關(guān)系。 2. 2. 特性硬度特性硬度 電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩改變轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩改

12、變的變化程度的變化程度。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n不隨轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)矩M M變，變，為為特硬特性特硬特性； n n隨隨M M增加而下降較小增加而下降較小，為，為硬特性硬特性； n n隨隨M M增加而加速下降，增加而加速下降，為為軟特性軟特性。 3. 3. 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 電機(jī)的電壓、頻率電機(jī)的電壓、頻率（交流）（交流）、勵磁電流為額定值、勵磁電流為額定值 ，無附加電阻無附加電阻，具有的特性。具有的特性。 4. 4. 人為特性人為特性 人為人為調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電壓、頻率、電流電壓、頻率、電流所所得到的特性，得到的特性，稱稱 人為特性人為特性（無級變速由此而來）（無級變速由此而來）。 二、交流電機(jī)特性二、交流

13、電機(jī)特性（固有固有） 1.1. 同步電動機(jī)同步電動機(jī) （1 1）定義）定義 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（n n）與）與（定子）（定子）旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（n n0 0） 相同相同（通交流電）（通交流電），故，故稱同步稱同步電機(jī)電機(jī)。 同步電動機(jī)同步電動機(jī) 同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子 （2 2）特硬特性：）特硬特性：n n不隨不隨M M（扭矩）（扭矩）而變而變。 （ n n0 0 ）只與只與電流頻率電流頻率f f、 磁極對數(shù)磁極對數(shù)p p有關(guān)。有關(guān)。 p f nn 60 0 磁場轉(zhuǎn)速磁場轉(zhuǎn)速 （3 3）工作原理工作原理：定子：定子繞組繞組通交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，通交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞

14、組繞組通直流通直流電電形成形成直流直流勵磁磁場勵磁磁場，兩磁場相互，兩磁場相互 作用，作用，使使轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)磁場拖旋轉(zhuǎn)磁場拖（吸）著以同步旋轉(zhuǎn)，（吸）著以同步旋轉(zhuǎn)， 即即 n=nn=n0 0 。 同步電機(jī)啟動性能同步電機(jī)啟動性能 差差（用于不常啟動、不變（用于不常啟動、不變 速場合）速場合）用于鉆井泵。用于鉆井泵。 同步電機(jī)同步電機(jī)有恒有恒定轉(zhuǎn)定轉(zhuǎn) 速特性速特性。 （f f，P P一定，一定，n0n0定值。）定值。） 定子定子 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 （4 4）同步電機(jī)同步電機(jī)：異步啟動異步啟動 同步啟動同步啟動 轉(zhuǎn)子、定子同時通電，由于轉(zhuǎn)子、定子同時通電，由于轉(zhuǎn)子磁極固定轉(zhuǎn)子磁極固定， 定子為旋轉(zhuǎn)磁場

15、定子為旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生，產(chǎn)生忽吸、忽排忽吸、忽排使使平均轉(zhuǎn)平均轉(zhuǎn) 矩為零矩為零，不能啟動。，不能啟動。 異步啟動異步啟動 定子通電形成旋轉(zhuǎn)磁場定子通電形成旋轉(zhuǎn)磁場，使，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子線圈線圈產(chǎn)生產(chǎn)生 感應(yīng)電流感應(yīng)電流，使，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)子再起來，轉(zhuǎn)子再通直流電通直流電， 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)異步啟動，同步工作異步啟動，同步工作。 2. 2. 異步電動機(jī)異步電動機(jī) （1 1）定義）定義 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于磁場旋轉(zhuǎn)速度，稱異步電機(jī)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于磁場旋轉(zhuǎn)速度，稱異步電機(jī)。 （2 2）工作原理）工作原理 定子通交流電形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電定子通交流電形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電 流，轉(zhuǎn)子電流同旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生磁

16、力矩。流，轉(zhuǎn)子電流同旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生磁力矩。 （通電導(dǎo)體在磁場中可以運(yùn)動）（通電導(dǎo)體在磁場中可以運(yùn)動）。 0 nn 定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速：定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速： 定子定子電流電流頻率頻率； 磁磁極極對對數(shù)數(shù)。 p f n 1 0 60 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差：旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差： 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流頻率為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流頻率為 （與轉(zhuǎn)差有關(guān)）（與轉(zhuǎn)差有關(guān)）2 f 1 0 0 00 2 6060 )( fS pn n nnnnp f 與與轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 有關(guān)，有關(guān)， ， ， （感應(yīng)電感應(yīng)電 流）、流）、 。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速： 0 )1 (nSn p f Snn 1 0 60 )( p f Snn 1

17、0 60 n0 2 f n 2 I 2 f SS nn 0 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩： )( 20 2 2 2 2 XSR UR KM S 式中，式中， 定子相定子相電壓；電壓； 轉(zhuǎn)子相轉(zhuǎn)子相電阻；電阻； 與結(jié)構(gòu)、電源頻率有關(guān)與結(jié)構(gòu)、電源頻率有關(guān)常數(shù)；常數(shù)； 時轉(zhuǎn)子每相時轉(zhuǎn)子每相感抗。感抗。 U 2 R K 20 X0n 與與 關(guān)系關(guān)系： 與與 有關(guān)，有關(guān)， 與與 也有關(guān)。也有關(guān)。 通過通過 把把 與與 建立了關(guān)系。建立了關(guān)系。 nM n S M S S M n （3 3）特性）特性 屬于硬特性：屬于硬特性：（在額定內(nèi)），（在額定內(nèi)）， 隨隨 增加下降較?。辉黾酉陆递^??； 大于大于 ，下降快些；，下降快些；

18、停。停。 異步電機(jī)異步電機(jī)常用于常用于驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤。驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤。 nM e M max MM 特硬特性特硬特性 硬特性硬特性 三、直流電機(jī)特性三、直流電機(jī)特性 1.1. 直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理 定子定子（通直流通直流）形成固定磁極，形成固定磁極，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞通電，磁力電樞通電，磁力 作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。【左手定則：掌心對左手定則：掌心對N,N,四指電流，母指力四指電流，母指力】 直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理 電樞電樞 .定子磁場定子磁場 保證：保證：N N極極下的下的邊電流邊電流總是總是一個方向一個方向，S S極極上上 的的邊電流邊電流為為一個方向一個方

19、向，兩邊受磁力方向形成力兩邊受磁力方向形成力 偶電樞才轉(zhuǎn)動偶電樞才轉(zhuǎn)動。 【由換向器使電流方向改變。由換向器使電流方向改變?！?1-1-主磁極主磁極 2-2-電樞線圈電樞線圈 3 3 、4-4-換向器、換向器、 電刷電刷 直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理 2.2. 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與勵磁方式直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與勵磁方式 直流電機(jī)按直流電機(jī)按定子繞組定子繞組與與電樞繞組電樞繞組（轉(zhuǎn)子）聯(lián)接（轉(zhuǎn)子）聯(lián)接 方式分方式分： 直流電機(jī)類型及等效電路直流電機(jī)類型及等效電路 （1 1）他勵直流電機(jī)）他勵直流電機(jī) 定子繞組與電樞繞組分別接到電源上。定子繞組與電樞繞組分別接到電源上。 U U電源電壓電源電壓 E

20、E電樞感應(yīng)電勢電樞感應(yīng)電勢 與外加電流或電壓方向總是相反。與外加電流或電壓方向總是相反。 他他勵勵并勵并勵串勵串勵復(fù)勵復(fù)勵 aaR IEU （2 2）并勵并勵直流電機(jī)直流電機(jī) 定子繞組與電樞繞組定子繞組與電樞繞組并聯(lián)。并聯(lián)。 （3 3）串勵串勵直流電機(jī)直流電機(jī) 定子繞組與電樞繞組定子繞組與電樞繞組串聯(lián)。串聯(lián)。 （4 4）復(fù)勵復(fù)勵直流電機(jī)直流電機(jī) 【定子兩套勵磁繞組。定子兩套勵磁繞組?！?一套與電樞一套與電樞并聯(lián)，并聯(lián)，一套與電樞一套與電樞串聯(lián)。串聯(lián)。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 （通過公式了解特性）（通過公式了解特性） 由由 ， 而來（電工學(xué)中）而來（電工學(xué)中），n aaR IEU nCE e a e a e

21、I C R C U n 電樞電壓；電樞電壓； 磁通；磁通； 電樞電阻電樞電阻； 電樞電流電樞電流； 與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)常數(shù)。常數(shù)。 U a R e C電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電流的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電流的關(guān)系關(guān)系 3. 3. 直流電機(jī)固有特性直流電機(jī)固有特性 （1 1）他或并勵）他或并勵 二者性能相近（不考慮電源線路電阻）。二者性能相近（不考慮電源線路電阻）。 具有具有硬特性，硬特性，n n隨隨M M增大變化較小。增大變化較小。 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩M M N.m C C結(jié)構(gòu)常數(shù)結(jié)構(gòu)常數(shù) 特性特性（ 與與 關(guān)系關(guān)系） 空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速（M=0M=0）； 載荷轉(zhuǎn)速載荷轉(zhuǎn)速（） a ICM nnM CC

22、R C U n me a e 0 2 0 n n0M nM 【他、并勵磁通基本不變，磁通由定子線圈產(chǎn)生他、并勵磁通基本不變，磁通由定子線圈產(chǎn)生， 與與（定子電流定子電流） 有關(guān)有關(guān)， 不變。不變。】 與與 呈線性關(guān)系，曲線稍呈線性關(guān)系，曲線稍 向下斜，向下斜，硬特性硬特性。 （2 2）串勵）串勵 屬軟特性，屬軟特性，n n隨隨M M增加而加速下降。增加而加速下降。 )(Mfn M CC RR C U n me fa e 2 （定子）電阻（定子）電阻。 由于由于磁通磁通是變化的是變化的，與與呈非線性關(guān)系，呈非線性關(guān)系，屬軟特屬軟特 性。性。 【他他、并勵中、并勵中，（轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流）變不影響）

23、變不影響 （定子電定子電 流流），是變的是變的 。】 （串勵中串勵中本應(yīng)本應(yīng)與與有關(guān)有關(guān)，隨隨變變 ）每極磁通是電樞電流的函數(shù)，每極磁通是電樞電流的函數(shù)，C C常數(shù)。常數(shù)。 f R n M a I f I a I a CI fa II f I a I n （3 3）復(fù)勵）復(fù)勵 介于并、串聯(lián)之間，介于并、串聯(lián)之間，屬軟特性。屬軟特性。 （4 4）適用場合）適用場合 串勵串勵電機(jī)電機(jī)：適驅(qū)：適驅(qū)動動絞車，絞車，載荷增大，轉(zhuǎn)速自動載荷增大，轉(zhuǎn)速自動 下降，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。下降，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。 并、他并、他勵電機(jī)勵電機(jī)：適驅(qū)：適驅(qū)動動鉆井泵，鉆井泵，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)定速恒轉(zhuǎn)定速恒轉(zhuǎn) 矩矩調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。 鉆機(jī)用鉆

24、機(jī)用他勵他勵直流直流電機(jī)驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤電機(jī)驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤（需要需要人工調(diào)人工調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn)速節(jié)轉(zhuǎn)速） 。 他勵電機(jī)調(diào)速方式：他勵電機(jī)調(diào)速方式： （1 1）電樞串阻）電樞串阻 在電樞中串入可調(diào)電阻，在電樞中串入可調(diào)電阻， 保證保證電源電壓電源電壓U U和和勵磁電流不變勵磁電流不變。 【他勵電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩關(guān)系為他勵電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩關(guān)系為: :】 nnM CC R C U n me a e 0 2 他他勵勵 4. 4. 直流電機(jī)人為特性直流電機(jī)人為特性 (2006.11.11)(2006.11.11) 由由 使使（載荷轉(zhuǎn)速）變大（載荷轉(zhuǎn)速）變大，特性變軟，滿足，特性變軟，滿足n n隨隨M M

25、增大增大 而下降要求。而下降要求。 nnM CC RR C U n me aca e 0 2 （n n 只能在額只能在額 定轉(zhuǎn)速以下）定轉(zhuǎn)速以下） 串阻串阻 （2 2）降低電樞電電壓）降低電樞電電壓U U 使空載速度下降使空載速度下降，不變不變，（他勵中降壓（他勵中降壓,磁磁 通不變通不變，額定，額定，M M不變）使固有特性不變）使固有特性n nM M曲線曲線 下移下移。 n ， 不變不變， 才不變才不變； 減小，減小，M M也小也?。?f I nnM CC R C U n me a e 0 2 降壓特性降壓特性 a I f I am ICM f f R NI 降壓降壓 降壓特性降壓特性 （3

26、 3）減弱磁通調(diào)速）減弱磁通調(diào)速 改變改變（定子磁通）（定子磁通），使，使、都變都變，而改變特，而改變特 性。性。 0 n n nnM CC R C U n me a e 0 2 弱磁實(shí)現(xiàn)：弱磁實(shí)現(xiàn)：保證電樞電壓保證電樞電壓 恒定，在恒定，在定子定子電路中電路中串串入入 可調(diào)電可調(diào)電阻阻 ，使勵磁電使勵磁電 流流 減小減?。?）， 則磁通減弱。則磁通減弱。 fc R f I f f R NI 弱磁弱磁 弱磁特性弱磁特性 弱磁特性弱磁特性 四、可控硅直流驅(qū)動四、可控硅直流驅(qū)動 ACACSCRSCRDCDC 由由柴油機(jī)柴油機(jī)ACAC發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)交流電交流電整流整流DCDC電機(jī)。電機(jī)。 1.1. 整

27、流元件整流元件 可控硅（可控硅（SCRSCR）。）。 （1 1）二極管）二極管（電子、晶體，由一對（電子、晶體，由一對PNPN結(jié)構(gòu)成）結(jié)構(gòu)成）整流整流 利用單向?qū)щ娞匦哉?。利用單向?qū)щ娞匦哉鳌?輸入交流電壓一定時，輸出直流電壓是一個定值，輸入交流電壓一定時，輸出直流電壓是一個定值， 不能任意調(diào)節(jié)。不能任意調(diào)節(jié)。 （2 2）可控硅整流）可控硅整流 是一種大功率半導(dǎo)體。是一種大功率半導(dǎo)體。 使使輸出直流電壓可調(diào)。輸出直流電壓可調(diào)。 可控硅：可控硅：半導(dǎo)體材料為硅。半導(dǎo)體材料為硅。 其結(jié)構(gòu)兩對其結(jié)構(gòu)兩對PNPN結(jié)，從中間結(jié)，從中間P P層引層引 出出控制極控制極G G（金硼鈀片金硼鈀片），），調(diào)

28、節(jié)輸調(diào)節(jié)輸 出電壓。出電壓。 2. 2. 可控硅驅(qū)動特點(diǎn)可控硅驅(qū)動特點(diǎn) 直接直接由由SCRSCR調(diào)節(jié)電壓、控制弱磁調(diào)節(jié)電壓、控制弱磁 而調(diào)速。而調(diào)速。 可控硅整流元件可控硅整流元件 3. 3. 為何用為何用ACACSCRSCRDCDC 【為何不用為何不用DCDC發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)】 可控硅多一個控制極?？煽毓瓒嘁粋€控制極。 （1 1）ACAC發(fā)電機(jī)易與柴油機(jī)匹配；發(fā)電機(jī)易與柴油機(jī)匹配； （2 2）不需另設(shè)）不需另設(shè)ACAC發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組（其它設(shè)備用（其它設(shè)備用ACAC）； （3 3）動力匹配靈活）動力匹配靈活, SCR, SCR有分配、分別控制功能；有分配、分別控制功能； （4 4）SCRSCR對

29、功率、調(diào)速范圍寬，易與工作組匹配；對功率、調(diào)速范圍寬，易與工作組匹配； （5 5）使用經(jīng)濟(jì)性好：柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗）使用經(jīng)濟(jì)性好：柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗 燃少；柴油機(jī)壽命長燃少；柴油機(jī)壽命長（延長大修期（延長大修期80%80%）；維修費(fèi)低維修費(fèi)低（30%30%）。 4.4. 用用DCDC電機(jī)（不用電機(jī)（不用ACAC電機(jī)）原因電機(jī)）原因 （1 1）直流電機(jī)）直流電機(jī)：調(diào)速寬；：調(diào)速寬；能頻繁啟動；載荷能頻繁啟動；載荷 變化范圍寬；啟動制動平穩(wěn)。變化范圍寬；啟動制動平穩(wěn)。 （2 2）交流電機(jī)）交流電機(jī)：硬特性，：硬特性，轉(zhuǎn)速幾乎不隨載荷轉(zhuǎn)速幾乎不隨載荷 而變化而變化【只能由調(diào)頻只能由調(diào)頻f

30、 f改變轉(zhuǎn)速改變轉(zhuǎn)速】。 5. 5. 現(xiàn)在有了現(xiàn)在有了交流變頻技術(shù)，交流變頻技術(shù)，用用ACAC變頻器變頻器 ACAC 。 五、電機(jī)的制動五、電機(jī)的制動 電機(jī)本身有：電機(jī)本身有：電動、制動狀態(tài)電動、制動狀態(tài)。 【nn或或n=0n=0為制動狀態(tài)，由為制動狀態(tài)，由M M與與n n反向造成的。反向造成的?！?（一）三相異步電機(jī)制動一）三相異步電機(jī)制動 定子通交流電，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流而工作，定子通交流電，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流而工作，n nn n0，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率。 （2 2）結(jié)果：）結(jié)果：電機(jī)處發(fā)電狀態(tài)，磁矩電機(jī)處發(fā)電狀態(tài)，磁矩M M起起制動制動作用作用。 0 0 0 n nn S （3）分析）分析： 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

31、子切割磁力線切割磁力線的方向與電的方向與電 動時動時相反相反； 感應(yīng)感應(yīng)電流電流改改變變了方了方向向； 電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩改改變變方方向向； 轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩： M M與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率S S有關(guān)，有關(guān)，S S為正，為正，M M為為 正向正向；S S為負(fù)，為負(fù)，M M反向反向。 結(jié)論：結(jié)論：M M與與n n相反，相反，M M起制動起制動 作用作用。 （1 1、2 2象限象限正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)電動與制動狀態(tài)，電動與制動狀態(tài)， 3 3、4 4為為反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電動與制動狀態(tài)電動與制動狀態(tài)） )( 20 2 2 2 2 XSR USR KM 注：注：橫坐標(biāo)上為電機(jī)正轉(zhuǎn)，橫坐標(biāo)上為電機(jī)正轉(zhuǎn)， 橫坐標(biāo)下為電機(jī)反轉(zhuǎn)。橫坐標(biāo)下為電機(jī)

32、反轉(zhuǎn)。 n n與與M M反向反向 n n與與M M同向同向 n n與與M M反向反向 n n與與M M同向同向 nn0 （4 4）實(shí)例分析）實(shí)例分析 例例1 1，抽油機(jī)下沖程抽油機(jī)下沖程工作。工作。 開始開始電機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動下行，驅(qū)動下行，驅(qū)動力矩驅(qū)動力矩M M 和和負(fù)載力矩負(fù)載力矩M ML L同向同向，自重作用，自重作用下放加速下放加速； 本應(yīng)本應(yīng)n nn nn n0 0（負(fù)轉(zhuǎn)差）；（負(fù)轉(zhuǎn)差）； 則，磁矩則，磁矩M M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n n方向相反，方向相反，M M起制動作用起制動作用。 當(dāng)當(dāng)，勻速下降勻速下降。L MM 上頁圖，先在第上頁圖，先在第3 3象限工象限工 作過渡到第作過渡到第4

33、 4象限象限 2. 2. 反接制動反接制動 正常工作：正常工作： A Aa, Ba, Bb, b, C Cc c三相順序接入，電機(jī)正轉(zhuǎn)三相順序接入，電機(jī)正轉(zhuǎn) ，特性為特性為曲線曲線1 1； 任意兩相對調(diào)任意兩相對調(diào)，電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 電源反接操作電源反接操作：對調(diào)兩相：對調(diào)兩相 A Aa, Ba, Bc c, C, Cb b 電源電源反接反接，旋轉(zhuǎn)磁場改變方，旋轉(zhuǎn)磁場改變方 向，向，特性變?yōu)樘匦宰優(yōu)榍€曲線2 2； 防止反接電流過大防止反接電流過大定子串阻定子串阻 人為特性為人為特性為曲線曲線3 3。 固有特固有特 性曲線性曲線 先正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后反接先正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后反接 電源反接后曲線電源反接后

34、曲線電源反接定子串阻曲線電源反接定子串阻曲線 原理分析原理分析： 電源電源反接后，磁矩反接后，磁矩馬上馬上變變 向；向； 速度不能突變，由速度不能突變，由a a點(diǎn)過渡點(diǎn)過渡 到到b b或或d d點(diǎn)；點(diǎn)； 轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子在M M（制動力矩）（制動力矩）和和M ML L （負(fù) （負(fù) 載力矩）載力矩）共同共同阻力下阻力下迅速減速迅速減速 （沿曲線（沿曲線3 3）； M M與與n n反向反向，進(jìn)入制動狀態(tài)，進(jìn)入制動狀態(tài) ，待，待n=0n=0斷電斷電（到（到e e點(diǎn)或點(diǎn)或c c點(diǎn)）點(diǎn)） ，否則反轉(zhuǎn)。，否則反轉(zhuǎn)。 固有特固有特 性曲線性曲線 電源反接后曲線電源反接后曲線電源反接定子串阻曲線電源反接定子串阻曲線

35、 3. . 倒拉制動倒拉制動 負(fù)載為位能負(fù)載。負(fù)載為位能負(fù)載。 條件：條件：轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)提升重物轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)提升重物，磁矩磁矩M M與與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n同向同向，電機(jī)電機(jī) 正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)。準(zhǔn)備下放，為防止下降太快，用倒拉制動準(zhǔn)備下放，為防止下降太快，用倒拉制動。 方法：方法：轉(zhuǎn)子中串較大附阻轉(zhuǎn)子中串較大附阻 （改變了特性為（改變了特性為曲線曲線2 2，運(yùn)行運(yùn)行 點(diǎn)從點(diǎn)從a a點(diǎn)轉(zhuǎn)到點(diǎn)轉(zhuǎn)到b b點(diǎn)），使點(diǎn)），使電動電動 MM（磁矩）減小，（磁矩）減小，M MM ML L（負(fù)（負(fù) 載力矩），載力矩），轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)子沿曲線曲線2 2減速減速 到到c c點(diǎn)，此時點(diǎn)，此時M M仍小于仍小于M ML L，迫使迫使 電機(jī)電機(jī)反

36、轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 )( 20 2 2 2 2 XSR USR KM 固有特固有特 性曲線性曲線 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 中串中串 阻后阻后 曲線曲線 電機(jī)由正轉(zhuǎn)電機(jī)由正轉(zhuǎn)零轉(zhuǎn)速零轉(zhuǎn)速 反轉(zhuǎn)，進(jìn)入倒拉制動狀態(tài)反轉(zhuǎn)，進(jìn)入倒拉制動狀態(tài)。 此時此時M M與與n n 方向相反，方向相反，M M 起阻力作用，起阻力作用，M=MM=ML L可勻速可勻速 下放。（下放。（MMMnnn0 0使用。使用。 （1 1）目的：目的：準(zhǔn)確停車準(zhǔn)確停車。 （2 2）制動原理：）制動原理： 操作操作：將定子斷電，立即將定子斷電，立即 接入直流電源。接入直流電源。 （特性由曲線（特性由曲線1 1變?yōu)榍€變?yōu)榍€2 2） 結(jié)果：結(jié)果：形成固定磁場形

37、成固定磁場。 轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子在慣性下，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)慣性下，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)( (由由a a點(diǎn)變到點(diǎn)變到b b點(diǎn)點(diǎn)) )，產(chǎn)生感產(chǎn)生感 應(yīng)電流應(yīng)電流。 該該電流與固定磁場電流與固定磁場作用作用產(chǎn)生產(chǎn)生（與轉(zhuǎn)子方向相反）的（與轉(zhuǎn)子方向相反）的 制動力矩制動力矩。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速（沿曲線沿曲線2 2）下降，并能準(zhǔn)確制動下降，并能準(zhǔn)確制動。 （n=0n=0，不能切割固定磁場的磁力線，不能切割固定磁場的磁力線，M=0M=0。）。） 1.1. 反饋制動反饋制動 外界條件外界條件：使使nnnn0 0（空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速） 結(jié)果：結(jié)果：處發(fā)電狀態(tài)，起到制動作用。處發(fā)電狀態(tài)，起到制動作用。 例例，電車平路為電車平路為電動狀態(tài)電動狀態(tài)（

38、轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速n n穩(wěn)穩(wěn) 定在定在a a點(diǎn)工作）。點(diǎn)工作）。 當(dāng)電車當(dāng)電車下坡下坡，位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩使電車，位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩使電車加加 速速nnnn0 0（從（從a a點(diǎn)向點(diǎn)向b b點(diǎn)過渡），點(diǎn)過渡），E E（ ）UU（電壓），電樞（電壓），電樞I Ia a與電動時反向，與電動時反向， M M反向。反向。 造成反饋制動，使電車穩(wěn)速下行（造成反饋制動，使電車穩(wěn)速下行（n n 不再增大）。不再增大）。 nnM CC R C U n me a e 0 2 nCE e 【直流電機(jī)，定子通直流電直流電機(jī)，定子通直流電，形成固定磁場，形成固定磁場，轉(zhuǎn)子電樞通直流電，轉(zhuǎn)子電樞通直流電，電與磁電與磁 相互作用產(chǎn)生電磁矩。相互作用產(chǎn)生電磁矩?！?（二）他勵電機(jī)制動（二）他勵電機(jī)制動 2.2. 反接制動反接制動 （1 1）電源反接）電源反接 電樞電樞電壓電壓反接反接瞬間瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能突變轉(zhuǎn)速不能突變。 電樞電壓變向電樞電壓變向； 電樞電流電樞電流I Ia a變向變向； 磁矩磁矩M M也也變向變向（ ）。 )( adaa RRIEU a ICM 此時磁矩此時磁矩M M與與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n n方向方向相反相反，M M與與M ML L 共同共同作用作用使使n n迅迅速速 下下降降，直至直至n=0n=0， 若不斷電，電機(jī)若不斷電，電機(jī) 又反向啟動。又反向啟動。 （按