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| -- 作者：wangxinxin -- 發(fā)布時間：2010-12-9 11:39:36 -- 變頻器在國內石油鉆機的應用 1998年我們?yōu)樾陆凸芾砭帚@井公司的可打3200m深度的一套鉆井設備配置了變頻器。所用產品為Siemens SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE71電壓源型變頻器柜。 動力系統(tǒng)由3×800kW柴油發(fā)電機組構成，3臺機組并網(wǎng)于3相，600V/50Hz交流母線。 傳動部分由3×6SE7141整流柜（3×800kW）供電給公共直流母排，4×6SE7135逆變柜（4×400kW）和2×6SE7136逆變柜（2×450kW）共6臺逆變柜接到直流母排上，每臺逆變柜各驅動1臺400kW的電機。 1）電源采用柴油發(fā)電機供電，要求有足夠的電壓穩(wěn)定度和頻率穩(wěn)定度。柴油發(fā)電機的額定容量一般小于傳動裝置容量的5 ~ 10倍，屬于“小電網(wǎng)”供電，換相缺口大。SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE71變頻器可保持2 ~ 3s的主回路電壓等待時間，以克服柴油機瞬時掉電和換相缺口。 2）根據(jù)多電機傳動情況，采用了公共直流母排方案，這樣如果有1個傳動裝置工作于發(fā)電狀態(tài)，可通過中間回路進行能量交換，僅使用1個總制動電阻。 3）在直流母排上配備自振蕩二極管，以免1臺逆變器上的直流側熔斷器斷開或回饋能量時在母排上產生過電壓而影響其它逆變器。此外，逆變器內部軟件中還有Vdmax調節(jié)器以避免直流母排因過電壓跳閘。 4）同單臺變頻器傳動相比，安裝尺寸較小，因為網(wǎng)側元件，如熔斷器、接觸器、開關及網(wǎng)側進線電抗器等可以集中使用1次。并在機械結構上采取了適應現(xiàn)場惡劣環(huán)境的措施。 5）所選逆變器功率相同并可設置4套給定數(shù)組和電機數(shù)組，在故障時可方便地互相切換，互為備用。隨著絞車/轉盤的切換，可實現(xiàn)電流限幅和整套控制數(shù)據(jù)的自動轉換。 6）同一設備的2個變頻器之間采用光纖快速（11Mbit/s）通訊和雙速度環(huán)方案。在無編碼器反饋條件下安全得到有力保證，又使驅動1臺設備的2臺電機的負載電流靜態(tài)偏差小于1%，遠遠優(yōu)于鉆機國家標準規(guī)定的10%。 7）如鉆機可接入大電網(wǎng)，則可考慮經(jīng)電能回饋電網(wǎng)，但要事先確認電網(wǎng)的穩(wěn)定性，以免逆變橋在電網(wǎng)波動時過流。 鉆機采用絞車，轉盤聯(lián)合驅動，泥漿泵獨立驅動的形式。鉆機主機通過二檔分動直角箱，將動力分成兩路，一路通過鏈條驅動滾筒工作；另一路驅動轉盤工作。泥漿泵組由交流電機通過皮帶傳動驅動泥漿泵工作。絞車由滾筒軸，絞車架，機械剎車，電磁渦流輔助剎車，鏈條箱，轉盤驅動軸，二檔直角分動箱，交流電動機，潤滑系統(tǒng)等組成。鉆井平臺上配有司鉆臺，所有控制都可在司鉆臺完成，并設有麥克風和故障警笛。 6SE71變頻柜內部配備SIEMENS全數(shù)字工程型變頻器，整流部分采用晶閘管，逆變器采用了IGBT功率元件，直流母排上由電容作為儲能元件。變頻各項功能可隨軟件靈活設置，實現(xiàn)對同步或異步電機的控制，控制方式也包括V/f，有無測速機的磁場定向控制等。根據(jù)工藝要求，選用無速度傳感器的矢量控制方案，拖動異步電機，精度可達到0.1f轉差，速度響應時間20ms，轉矩響應時間可達到5ms，確保準確快速的調節(jié)，同時簡化系統(tǒng)，增加可靠性。 簡單工作機理 勵磁電流Iu和轉矩電流Iw經(jīng)過電流調節(jié)后，再完成電流—電壓變換、直角坐標/極坐標變換進入觸發(fā)裝置。具有矢量變換的電機模型功能塊主要由三相/二相變換器、矢量變化器、電機模型（電流模型和反電動勢模型）幾部分組成。電樞電流實際值和勵磁電流實際值由檢測出的三相電流經(jīng)三相/二相變換后，再與觸發(fā)裝置模塊過來的轉子磁鏈的空間相位角q1一起通過矢量變換產生。 轉子磁鏈yR由電流模型或反電動勢模型計算得到。在頻率小于fs時采用電流模型法，反之為反電動勢模型法, fs在參數(shù)辨識時確定。電流模型是根據(jù)異步電機的定子電流求yR，但隨著磁通飽和或電機繞組溫度的變化，要對模型中的參數(shù)進行調整，才能保證運算精度，因此只在低速時采用。而反電動勢模型是從電機端電壓中減掉繞組的電阻壓降，再將電機的反電動勢積分得出yR，反電動勢在電機轉速為額定轉速的10%以下時運算不準，一般在速度提高后使用。變頻器在運行時可自動轉換，這也確保了矢量控制的精度。
轉速實際值由定子電壓和電流檢測值經(jīng)電流模型和反電動勢模型計算得出。 電流模型計算出的滑差頻率fslip，與實際頻率fact組成同步頻率f，輸入觸發(fā)裝置。 6SE71變頻柜采用異步空間矢量調制。在一定的脈沖頻率下，通過此種方式可使電機的諧波電流減到最小，以減輕損耗和轉矩脈沖。在這種情況下IGBT通斷后電機三相繞組產生的電壓矢量在空間旋轉，通過調節(jié)“占空比”和相鄰矢量的值使電壓矢量的數(shù)值和電壓相角可調，這樣，輸出電壓可達到最大值的87%。 當要求90%以上輸出電壓時，則采用“邊緣調制”在60 時的方波波形上設置1個或幾個槽口以消除電流峰值。 自檢測，自設定 其它技術特點和注意事項 1）針對鉆井工藝特點，可利用變頻器內部功能完成負載限制和動態(tài)功率限制功能。由外部操作隨意調節(jié)電流限幅和柴油機的輸出功率報警值，切實保證柴油機安全。 2）編制變頻器內部軟件功能塊實現(xiàn)零位鎖定，確保打井過程中變頻器不因小故障而停機，杜絕因此類原因引起的卡鉆。 3）完成腳踏開關的快提鉆桿功能，并禁止其反向工作，縮短工作周期。 4）采用變頻器內部控制軟件實現(xiàn)允許兩臺電機并聯(lián)驅動絞車，而轉盤僅允許單臺電機驅動，避免轉矩過大扭斷鉆具。 5）電流環(huán)的前饋控制保證快速動態(tài)響應。 6）利用變頻器內部的自由功能塊可完成泥漿泵電機的斷帶保護。 7）操作面板可作為手持終端，每個面板可存儲8套參數(shù)。 8）控制線纜可采用總線方式，大大減小線纜數(shù)量，提高設備可靠性。 9）模塊化的結構，可采用水冷方式，適應更加惡劣的環(huán)境。 10）免費的SIMOVIS調試、故障診斷軟件，適合進一步通訊和自動化。
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