1樓
wangxinxin 發(fā)表于：2010-12-9 11:39:36
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(shè)備配置了變頻器。所用產(chǎn)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(gòu)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(qū)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(cè)熔斷器斷開或回饋能量時在母排上產(chǎn)生過電壓而影響其它逆變器。此外，逆變器內(nèi)部軟件中還有Vdmax調(diào)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(cè)元件，如熔斷器、接觸器、開關(guān)及網(wǎng)側(cè)進線電抗器等可以集中使用1次。并在機械結(jié)構(gòu)上采取了適應(yīng)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的措施。 5）所選逆變器功率相同并可設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換。 6）同一設(shè)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(qū)動1臺設(shè)備的2臺電機的負(fù)載電流靜態(tài)偏差小于1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鉆機國家標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(zhuǎn)盤聯(lián)合驅(qū)動，泥漿泵獨立驅(qū)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(qū)動滾筒工作；另一路驅(qū)動轉(zhuǎn)盤工作。泥漿泵組由交流電機通過皮帶傳動驅(qū)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(zhuǎn)盤驅(qū)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(shè)有麥克風(fēng)和故障警笛。 6SE71變頻柜內(nèi)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(shè)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(zhuǎn)差，速度響應(yīng)時間20ms，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間可達到5ms，確保準(zhǔn)確快速的調(diào)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(zhuǎn)矩電流Iw經(jīng)過電流調(diào)節(jié)后，再完成電流—電壓變換、直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)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(zhuǎn)子磁鏈的空間相位角q1一起通過矢量變換產(chǎn)生。 轉(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的10%以下時運算不準(zhǔn)，一般在速度提高后使用。變頻器在運行時可自動轉(zhuǎn)換，這也確保了矢量控制的精度。
轉(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)矩脈沖。在這種情況下IGBT通斷后電機三相繞組產(chǎn)生的電壓矢量在空間旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)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(diào)，這樣，輸出電壓可達到最大值的87%。 當(dāng)要求90%以上輸出電壓時，則采用“邊緣調(diào)制”在60 時的方波波形上設(shè)置1個或幾個槽口以消除電流峰值。 自檢測，自設(shè)定 其它技術(shù)特點和注意事項 1）針對鉆井工藝特點，可利用變頻器內(nèi)部功能完成負(fù)載限制和動態(tài)功率限制功能。由外部操作隨意調(diào)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(nèi)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(guān)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(nèi)部控制軟件實現(xiàn)允許兩臺電機并聯(lián)驅(qū)動絞車，而轉(zhuǎn)盤僅允許單臺電機驅(qū)動，避免轉(zhuǎn)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(yīng)。 6）利用變頻器內(nèi)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(shè)備可靠性。 9）模塊化的結(jié)構(gòu)，可采用水冷方式，適應(yīng)更加惡劣的環(huán)境。 10）免費的SIMOVIS調(diào)試、故障診斷軟件，適合進一步通訊和自動化。