2020-04-20
210
При підйомі інструмента електродвигун працює з повним навантаженням, причому коефіцієнт потужності складає 0,75-0,80. При допоміжних роботах двигун працює з неповним навантаженням, коефіцієнт потужності коливається в межах 0,4-0,5. Таким чином, велику частину часу електропривод бурильної лебідки працює з заниженим коефіцієнтом потужності.
Ця обставина ще раз підтверджує велике значення ретельного розрахунку потужності електродвигунів для приводу бурильної лебідки.
Розрахунок потужності і вибір електродвигуна для приводу лебідки проводиться в два етапи - спочатку по основних параметрах лебідки, користуючись наближеними формулами, визначають приблизне значення необхідної потужності, а потім, після вибору конкретного типу двигуна, роблять перевірочний розрахунок потужності методом середньоквадратичного струму.
В даний час для визначення потужності електродвигуна піднімальної лебідки з відомими технічними даними застосовують ряд формул. Найбільше простою, але в той же час і найменш точною, є загальновідома формула потужності, необхідна для підйому вантажу:
|
|
|
[кВт] (1)
ηл - к.п. д. передач від вала двигуна до вала барабана; можна прийняти
η л = 0,77÷ 0,8;
ηт - к.п. д. талевої системи; можна прийняти при оснастці:
5Х6..... - ηт = 0,80
Так як середня швидкість тягової гілки каната Vcp і середня швидкість підйому вантажу V пов'язані співвідношенням 
, де m - число робочих струн оснастки талевої системи, то формула (1) може бути приведена до вигляду
[кВт] (2)
Максимальна вага вантажу:
Q = H · m + mн = 5000 · 34 + 32000 = 202000 кг
де Н = 5000 м – довжина свердловини;
m = 34 кг – маса 1 м бурильної труби;
mн = 32000 кг – маса “важкого низу”.
Середня швидкість намотки каната на барабан
м/с
де Dcp - середній діаметр намотки каната на барабан лебідки, м;
– число обертів барабана лебідки в хвилину.
Середній діаметр намотки каната на барабан дорівнює
м
де D1 - діаметр першого робочого ряду каната, м;
D2 - діаметр останнього робочого ряду каната, м.
Діаметр першого робочого ряду каната можна визначити по формулі
D1 = Dб + dк + 1,865 · dк = 0,75 + 0,032 + 1,865 · 0,032 = 0,84 [ м ]
(при розрахунках прийнято, що на бочці барабана постійно є один ряд каната, що у роботі не бере участь).
Діаметр останнього ряду каната
D2 = Dб + dк + 1,865 · dк · i = 0,75 + 0,032 + 1,865 · 0,032 · 5 =1,08 [ м ]
де Dб = 0,75 – діаметр бочки барабана, м;
dк = 32 мм – діаметр талевого каната;
і - число рядів каната, що намотуються.
Вибиремо асинхронний двигун з наступними номінальними даними:
| Тип | Pн, кВт | Uн,В | nном,об/хв | Ін,А | ККДн,% | cosφ |
| 4AH280S6 | 90,00 | 380 | 978 | 165.6 | 92.5 | 0.89 |
|
|
|
| Iп/Iн | Мп/Мн | Мк/Мн | r1,Ом | x1,Ом | r2’,Ом | x2’,Ом | Jд,кг*м2 |
| 6,0 | 1,2 | 2,0 | 0,0425 | 0,1594 | 0,0289 | 0,1727 | 2,50 |
Перевірка по максимальному моменту:
c-1
Номінальний момент
Нм
Момент лебідки:
Нм
λ = 2,0 – коефіцієнт перевантаження двигуна;
Максимальний момент двигуна:
Нм
Отже Mн > Mдв – вибраний двигун підходить.
Система частотного керування асинхронними двигуном:
З існуючих автоматичних систем регульованого електроприводу змінного струму найбільш перспективною є система частотного керування асинхронним двигуном із короткозамкненим ротором.
Найкраще вимогам частотного керування асинхронним двигуном відповідає перетворювач частоти з явно вираженою ланкою постійного струму,в склад якого входить статичний керований випрямляч КВ та автономний інвертор напруги АІН з синусоїдною широтно-імпульсною модуляцією напруги. Істотною перевагою АІН є незалежність вихідної напруги від частоти і моменту статичного навантаження. Вихідна напруга визначається лише напругою живлення інвертора. Це значно спрощує формування необхідного закону частотного керування,особливо,коли напруга регулюється тільки в залежності від зміни частоти. Формування механічних характеристик асинхронного двигуна при частотному керуванні підпорядковане задачі забезпечення необхідної перевантажувальної здатності і жорсткості характеристик в усьому діапазоні регулювання швидкості. Задана перевантажувальна здатність забезпечується вибором відповідного закону регулювання або співвідношення напруги й частоти автономного інвертора,які треба регулювати незалежно.
Тому силова частина перетворювача складається з керованого випрямляча КВ, який перетворює напругу живлення промислової частоти в постійну напругу керованого автономного інвертора,який перетворює постійну напругу у трифазну напругу регульованої частоти.
Система частотного керування АД реалізується за принципом підпорядкованого керування з першим внутрішнім контуром струму,другим контуром напруги та частоти за зовнішнім контуром контролю ваги бурового інструменту.
Сигналами інформаційного забезпечення є: напруга завдання частоти обертання двигун;напруга від’ємного зворотного зв’язку випрямленого струму перетворювача КВ; напруга від’ємного зворот нього зв’язку за вихідною напругою і напруга від’ємного зворот нього зв’язку, що відтворює осьове навантаження.
Регулювання випрямленого струму (струму статора) здійснюється з допомогою регулятора струму РС, який через систему імпульсно-фазового керування СІФКв діє на кут відкривання тиристорів КВ. Регулятор РС зібраний по схемі ПІ-регулятора. На його входи подаються сигнали зворотного зв’язку за струмом та сигнал завдання з регулятора напруги РН. Регулятор РС забезпечує в статичних режимах точну відповідність струму статора сигналу завдання незалежно від вихідної частоти АІН. На вході регулятора напруги РН відбувається додавання сигналів завдання регулятора напруги і від’ємного зворотного зв’язку за напругою. Вихідний сигнал РН є вхідним для регуляторів струму РС та частоти РЧ,чим забезпечується закон керування U/f=const.Таким чином регулятори РС та РЧ підпорядковані регулятору напруги РН.
Під час пуску двигуна регулятор РН знаходиться в насиченні,а ПІ-регулятор РС підтримує стопорне значення струму.Регулятор частоти РЧ реалізований на перетворювачі частота-напруга. Вихідні імпульси з РЧ поступають на схему (лічильник), яка розподіляє їх на шість каналів комутації транзисторів АІН. Транзисторний АІН має суттєву перевагу перед тиристорним тим, що він є повністю керованим і виключається ланка примусової комутації,що покращує енергетичні показники установки.
|
|
|
Автоматичний пуск системи здійснюється шляхом подачі сигналу завдання на один із входів пропорційного регулятора осьового навантаження РОН. На другий вхід подається напруга від’ємного зворотного зв’язку з пристрою визначення осьового навантаження. Під час пуску та роботи регулятора подачі,коли Uон=0,швидкість двигуна буде визначатися установкою завдання Uзавд. При зміні осьового навантаження і появі напруги з приростом зменшиться вихідний сигнал регулятора РОН і,відповідно,сигналу завдання на регулятор ПРН,що приведе до сповільнення привідного двигуна і перехід його на меншу усталену швидкість. Подальша зміна швидкості відбудеться тільки при зміні значення напруги зворотного зв’язку. Захист:при зменшенні величини осьового навантаження на долото і відповідному збільшенні напруги до граничного значення, яке задається уставкою “Уст.ВИМК.”, відбудеться вимкнення двигуна.
