电动钻机交流变频控制技术

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交流变频电动机及其控制系统在石油钻井中的应用

交流变频电动机及其控制系统在石油钻井中的应用【摘要】交流变频电动机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。

90年代后期，我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备，尤其是电驱动钻机，成为当今最受青昧的钻机。

交流变频电动机与机械钻机和直流钻机相比，它采用了交流变频调速技术，能够适应钻井工艺的要求，简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全型、可靠性和移运性。

交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便；调速范围宽，可实现无级调速，对提高钻井实效、优化钻井工艺等十分有利。

【关键词】交流变频电动机控制系统研究1 交流变频电动钻机的介绍1.1 转盘独立电驱动钻机转盘独立电驱动钻机就是转盘采用交流变频电动机单独驱动，绞车和钻井泵采用机械统一驱动的钻机。

该型钻机采用多台柴油机通过液力变矩器或液力耦合器输出动力，然后经过链条并车，分别驱动绞车和钻井泵；转盘由1台交流变频电机通过齿轮或链条减速传动；绞车配辅助驱动装置，可实现自动送钻功能。

其特点是转盘转速能够根据钻井工艺的需要来调节，不受钻井泵冲次的制约，同时，具备数控恒钻压自动送钻功能，实现以接近机械钻机的价格，获得交流变频电动钻机的优越性能。

1.2 机电复合驱动钻机机电复合驱动钻机是转盘在采用电机独立驱动的基础上，绞车采用交流变频电机驱动，而钻井泵仍然采用机械驱动。

该方案主要应用在钻深5000m以下的钻机上。

2～3台柴油机通过皮带并车驱动钻井泵，同时，还可驱动1台节能发电机。

该型钻机能够实现交流变频电动机的主要功能，而价格只有全交流变频电动钻机的60%～70%，同时，具有良好的运行经济性。

1.3 全交流变频电动钻机全交流变频电动钻机的绞车、转盘、钻井泵均采用交流变频电机驱动。

其转盘传动主要有电机直接驱动和电机加减速箱驱动2种方式。

绞车通常采用2台电机通过二级齿轮减速箱驱动，并配辅助驱动装置，也有采用一级齿轮减速箱方案的。

PDT040513-直流与交流变频电动钻机技术经济分析

元／。新疆石油管理局Ｚ７Ｄ年ＪＢ钻机应用情况表明，０
５结束语
从技术上看，随着交流变频调速技术及现代控制理论技术的迅速发展，交流变频电动钻机具有的独特优势将充分显示出来，例如：启动平稳、运行经济可
达到了以上经济指标，效益可观。
３劳动配置可以减少。）采用网络监控，柴油发电机组工作人员可以从每班２人减为每班１人，可减少４名柴油机丁。通过完善电控系统的自诊断功能，降低几了对电传动系统高素质人才的要求，通过培养机电复合人才来管理这套系统，将原机械、电器工程师合为
一名机电工程师。以Ｌ两项可以减少井队人员配置６人，每年节省费用３０万元左右。
靠、过载能力强、恒功率调速范围大、维护简单方便、ＶＤ系统采用冗余热备份、Ｆ无电刷火花隐患等，使交流变频传动替代直流ＳＲ传动已经成为必然趋势，Ｃ符合石油钻井工程市场安全、可靠、经济、快速、环保
项目名称
Ｚ７Ｄ直流钻机Ｊ０
１５万元３
Ｚ７ＤＪ０Ｂ交流变频钻机
主体（含动力机组）
３。（０万含减速器、进
口离合器）
ห้องสมุดไป่ตู้
伊顿盘刹６万元５
辅助刹车电机：２台主刹车
或电磁涡流刹车
２０万元５６万元
５８万元
３６万／急电源应
能耗制动，无辅刹
生电火花隐患，对在有爆炸性气体的油气田使用更为
收稿日期：０４０－０２０－７２
作者简介：苏成冲（９４）男，９４年７月毕业于西南石油学１６－，１８

石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用

石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用摘要：随着中国对石油能源需求的增加，石油开采的环境变得越来越复杂，增加了石油开采的难度。

在石油开采过程中，交流变频电机的应用可以使石油开采更加简单高效，因此有必要加强对交流变频电机的分析。

关键词：石油钻机；交流变频电机；控制设备；被广泛应用于现代工业的交流变频电机，拥有无法被替代的优势，以该电机为研究对象，以石油钻机为切入点，围绕电机和控制系统的应用，展开了系统而深入的分析，内容涉及交流变频电机驱动的优点分析，交流变频电机控制系统分析等方面，望能够给有关人员以启发，使交流变频电机所具有的积极作用在钻井作业中得到充分发挥。

一、交流变频电动机交流变频电动机是一种特殊的变频电动机，交流变频电动机在具体应用中与一般变频电动机相比具有以下特点：（1）在设计中所使用的绝缘材料采用的为抵抗变频器谐波突破的特殊材料，提高交变频电动机的性能。

（2）结构设计和电磁设计与一般变频电机相比较特殊。

在石油钻井中应用交流变频电动机与直流钻机和机械钻机相比，在钻井过程中，对交流变频调速技术进行合理应用，可以很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求，并且使钻机的机械结构得到了进简化，减少了对钻井机械的保养，使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。

此外，交流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点，因此在石油钻井中需要加强对其的应用，提高石油钻井的工作效率。

二、交流变频电动机及其控制系统的应用1.交流变频石油钻机。

（1）石油钻机钻进原理。

石油钻机用于石油或天然气资源的钻采过程，运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进，辅助完成地下资源的开采。

现阶段，国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井，即将钻头旋转击碎岩石，形成钻井结构。

然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部，通过转盘或驱动装置带动钻头及钻杆旋转，钻井泵向井内输送钻井液，并将井底碎石带回到地面，再利用吊车等大型设备完成钻具安置。

（2）交流变频石油钻机。

交流变频电机自动送钻系统的原理和应用

交流变频电机自动送钻系统的原理和应用频道:电机发布时间:2008-06-271 自动送钻系统的发展及原理1.1 变频电机自动送钻系统的发展中国的石油钻机技术由仿制前苏联的机械皮带传动钻机到自行研制的大庆I型,II型钻机经历了几十年的时间。

在这个时期, 工人的劳动强度特别大, 工作危险性高。

20世纪80年代开始出现电动钻机, 特别是变频技术、PLC技术、微电脑技术、工业自动化等先进技术的发展, 大大提高了石油钻机的自动化水平。

在这种环境下, 通过许多钻机技术人员、电控技术人员、钻机操作人员的共同努力, 自动送钻机技术得到了长足的进步, 为钻机实现自动化、智能化打下了坚实的基础。

纵观世界各国的自动送钻系统, 按控制系统主传动方式可以分为机械式、气动式、液动式、电动式和计算机式, 其中计算机式由于具有软件编程的灵活性, 控制算法可优化选择, 能不断提高控制品质特点, 成为自动送钻技术发展的新热点。

按控制钻进参数可分为恒钻压控制、恒钻速控制、恒扭矩控制、钻压与钻速乘积值控制, 其中以恒钻压控制应用最为广泛。

1.2 原理1.2.1 主电机自动送钻系统主电机自动送钻系统组成如图1131。

在钻井过程中, 钻压变化信号通过死绳作用于压力变送器转换成电压信号, 经过A/D采样后, 膜式传感器输出液压变化信号, 液压变化信号再通过选择单元进行判断, 正常范围内压力信号的采样值与钻压给定值进行比较运算, 输出控制量通过D/A转换, 将数字信号转换成模拟信号, 再用该信号控制变频调速单元, 输出可变的频率电压信号来控制绞车主电动机的转速。

主电动机转速的变化通过减速机构和纹车筒等传动装置最终控制大钩下放快慢, 完成恒钻压闭环控制。

如果由A/D采样后的钻压信号经选择单元后为异常钻压信号, 则由选择单元自动给定一个下放速度, 直接输人到速度控制单元进行恒转速控制, 直到钻压重新恢复正常。

该系统增设了测速码器构成的局部反馈回路, 将反映绞车主电动机转速的脉冲信号反馈到速度控制单元的输人端因为钻压控制单元(或速度给定单元)信号与速度反馈信号极性相反, 故此回路为负反馈回路。

交流变频电动钻机电控系统的问题及解决

交流变频电动钻机电控系统的问题及解决作者：张加波来源：《科学与财富》2018年第06期摘要：交流变频电动钻机不仅具有 SCR直流电驱动钻机的优异性能，还有诸多显而易见的优点，因此在油田推广应用的力度越来越大，但由于国内交流变频电动钻机电控厂家电控系统设计和参数设定出现了一些新的问题，严重影响了钻井生产。

为满足钻井工艺对钻机电控系统的特殊要求，交流变频电动钻机及其它变频钻机应从绞车电动机编码器、转盘制动、一体化钻井仪表系统等方面入手解决。

关键词：电动钻机；电控系统近几年来，随着交流变频调速技术及现代控制理论的快速发展，交流变频传动应用于石油钻机以替代 SCR直流电驱动钻机已成为一种趋势，交流变频电动钻机不仅具有 SCR直流电驱动钻机的优异性能，还有诸多显而易见的优点，因此在油田推广应用的力度越来越大。

但应用过程中，由于国内交流变频电动钻机电控厂家电控系统设计和参数设定出现了一些新的问题，如电控系统现场适用性差、性能不稳定等，严重影响了钻井生产，对其可靠性、经济性产生了置疑，对先进的交流变频电动钻机的推广应用也越来越慎重。

一、电控系统主要存在的问题1、由于绞车电动机未安装编码器，电控系统采用无编码器矢量控制方式，司钻操作手柄打至中位无法实现绞车悬停，出现大钩缓慢向下游动现象，游动速度随悬重增加而加快。

而在较小悬重下虽能实现悬停，但游车缓慢减速后才停止运动，悬停制动时间超长，没有起到精确制动作用，易发生上碰下砸情况。

2、由于常规转盘采用气胎离合器惯刹，如果井内钻具发生严重阻卡，转盘电动机便发生堵转，若转盘惯刹投入不及时，便容易产生倒开钻具的事故。

在取心钻进时如遇砾石层等较硬地层，由于地层的冲击，导致电动机转速和扭矩不稳定，无法保证正常取芯作业，严重影响取芯收获率。

3、一体化钻井仪表存在诸多问题：大钩高度、钻压、转盘扭矩等参数显示滞后、不准确；随钻井工况变化需频繁设置修改参数；钻井仪表对司钻操作指导性差等。

交流变频驱动钻机的控制系统

交流变频驱动钻机的控制系统交流变频驱动钻机的控制系统油田生产事业部钻修井作业公司装备管理部一、交流变频传动系统简介二、变频器的基本工作原理三、能耗制动四、变频器对交流异步电动机的要求五、常见的交流变频电动机参数1一、交流变频传动系统简介近20年来，以各种电力电子器件构成的变频器已经发展了好几代，使当今高性能的交流变频调速系统在技术上已经成熟、产品质量可靠，技术指标赶超了直流调速系统。

从而，交流变频调速技术进入了普及阶段。

交流变频调速的数字控制系统由于具有控制精度高、动态性能好、功率因数相对较高、效率高、谐波小以及交流电机无火花、防爆性能好等优点，所以在电驱动钻机的应用上得到了迅速的发展。

交流变频调速系统不但能够实现直流全数字控制系统的全部功能，而且应用于绞车和自动送钻电机，能够很容易地实现能耗制动和四象限运行。

无需主电路切换系统就能快速停车与正反转，工作安全可靠。

除此之外，交流变频调速系统可以自动投入制动，制动迅速平稳。

2一、交流变频传动系统简介二、变频器的基本工作原理三、能耗制动四、变频器对交流异步电动机的要求求五、常见的交流变频电动机参数3二、变频器的基本工作原理1、主电路：使用IGBT器件的PWM逆变器在当今的交流变频传动中，“交―直―交、电压型、PWM变频器” 已成为主流形式。

二极管不控整流―直流环节电容储能―PWM(Pulse Width Mo dulation脉宽调制)逆变的电路结构是主流结构；自关断器件IGBT是逆变器的主流器件。

IGBT 是复合型场控器件，它将MOSFET和GTR的优点集于一身。

具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、驱动电路简单、驱动电流小、通态压降小、耐压高及承受电流大等特点，因此器件发展得很快。

如图1所示：+ D1 + VdD3 S3 S5D5 L R NS1 N' S4 D4LR N+S6 D6S2 D2-图1 电压型逆变电路及负载接线方式4二、变频器的基本工作原理电压型逆变电路进行PWM控制，就能够产生一个可调频率、可调电压的三相正弦波对称输出的电源。

直流电动钻机与交流变频电动钻机技术对比

- 99 -第4期直流电动钻机与交流变频电动钻机技术对比国伟（胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司，山东东营 257200）[摘要] 文章对直流SCR传动系统与交流变频电动钻机系统的性能特点进行了分析比较，并以ZJ70DB型交流变频电动钻机及配置完全相同的ZJ70D型直流钻机为例，进行了两种系统的经济性的对比，结果表明，交流变频电动钻机技术无论在技术性能方面还是在采购成本和运行维护方面都具有更大的优势。

[关键词] 直流电动钻机电机；交流变频电动钻机；技术对比作者简介：国伟（1986—），男，山东泰安人，本科，工程师。

研究方向为电气工程及其自动化。

1 直流电机与交流变频电机的技术特性1.1直流电机的理论特性因此，直流电动机机械特性为：（5）式中：n -电动机转速，r/min ；E -反电动势，V/(rad/s)；C e -正常电势，V/(rad/s)；ф -磁通，mWb ；M -电机转矩，N•m ；Cm -电机转矩常数，N•m ；I -电枢电流，mA ；U -电枢电压，mV ；R -电枢电阻，Ω；n 0 -空载转速理想值，r/min ；△n -转速降落，r/min 。

变电压调速过程中励磁电流保持不变，即电流额定值下I e 为常数，所以电机输出转矩T=Cm ΦI e 为常数，在这种恒转矩调速模式下，电机输出功率与输出转速正向变动，低转速时电机功率无法正常发挥。

可见，直流电机机械性能良好，调速范围广泛且精度高，制动性能优越，在交流变频电机广泛应用之前，直流调速系统具有显著优势。

1.2 交流变频电机的机械特性（6）式中：f 1 -定子供电频率；p -磁极对数；s -转差率。

f 1、p 、s 中任何量的调整都会影响电机转速，其中p 的调整属于有级转速，s的调整为能耗（1）（2）（3）（4）调速，而f1的改变为无极转速。

恒压频比运行模式下，电压补偿不当或缺乏会导致随频率变化的最大转矩的减少，调速系统性能的弱化[1]；恒气隙磁通运行模式下转矩最大值和转差频率均远高于恒压频比模式；恒转子磁通模式下，随转矩增大而转速降落值增加，由于不受电源频率影响，其机械特性为平行状态，与直流电机机械特性一致。

北京科技大学科技成果——电动钻机控制系统

北京科技大学科技成果——电动钻机控制系统成果简介交流变频电动钻机是国外20世纪90年代新发展起来的一种先进的电动钻机。

90年代后期，我国的科技人员和有关单位将交流变频调速技术应用于石油钻采设备，尤其是电驱动钻机，成为当今最受青睐的钻机。

交流变频电动钻机与机械钻机、直流钻机相比，它采用了交流变频调速技术，能够适应钻井工艺的要求，简化了钻机的机械结构，减轻了维护保养工作，提高了安全性、可靠性和移运性。

交流变频绞车体积小、质量轻、故障少、维护方便；调速范围宽，可实现无级调速；能够以极低的速度恒扭矩输出，实现数控恒钻压自动送钻，对提高钻井时效、优化钻井工艺、处理井下事故等十分有利。

新型司钻控制系统控制精确、操作简单，使司钻摆脱了繁重的体力劳动，并注重了操作技巧和钻井参数的优选。

油田电驱动钻机自动控制系统采用成熟、先进的技术装备完成对油田钻机的电气传动及自动化监控功能，其动力控制系统、交流输出特性、控制操作和各种保护功能、互锁功能、模块化设计等完全满足油田野外钻机的工作参数和传动特性，达到钻井工艺要求，具有优异的调速性能、过载能力强、可靠性高、抗干扰能力强、设计布局合理、操作简便可靠、易于维护及维修等特点，系统将包括绞车、转盘、泥浆泵的全变频交直交调速、双备份自动送钻、一体化仪表及监控、游车位置自动控制、智能化远程司钻等先进的控制功能。

该系统变频单元采用全数字矢量控制电压源型交流变频调速装置，具有V/f特性曲线的频率控制方式和磁场定向矢量控制方式。

“一对一”控制驱动绞车，转盘、泥浆泵主电机及送钻电机，实现无级调速，满足高精度钻井工艺要求。

同时，系统配置有辅助自动送钻装置，自动送钻系统控制钻机的钻速及钻压，实现送钻电机在0-36m/h范围内恒钻压送钻，可以对设定参数进行修改，监控钻进过程的钻压、钻速、游车位置等参数，自动控制游车减速和软停、紧急故障刹车等功能，有效的防止溜钻、卡钻、事故的发生，提高钻速及钻进质量。

PLC控制及交流变频技术在大直径钻机中的应用探析

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ技术应用
ＰＬＣ控制及交流变频技术在大直径钻机中的应用探析
◆ 马建峰
摘要：大直径钻机工作中应用交流变频以及ＰＬｃ控制技术有着较高可靠性、维护方便、较强适应性以及整体性能较好等基本优势，对于地下钻井相对复杂的构造以及大直径钻机成井等工作的需求能够全面满足。
态以及可靠闭锁等基本特点。根据不同的进给运行操作
能够满足调节恒钻压钻运行速度、下放运行以及提升恒
速调速等相关要求。（２）计算机钻机控制系统可以通过双冗余备份进行设计，采用处于工业操作恶劣环境下仍然能够保持较
高可靠性的控制器进行设计，组成能够安全监视以及控
比钻压固定值以及传感器监测的钻压值，通过采用ＰＩ的控制调节系统计算钻压调节实际值，同时把计算的具体
结构在变频器内输入，对电动机具体的运行速度进行有效的控制，对进给速度进行有效调整。
制钻机操作工艺的控制系统。计算机作为系统主控时，应该能够满足进给运行、绞车、转盘等方面的功能，同
供电输出的操作得到实现，该控制系统有着监视工作状
过进给电动机、进给变频器以及ＰＬＣ等构成，具体是将绞车下放、提升等速度进行调整，促进恒钻压钻进、下
放运行以及恒速调速提升在进行自动进给作业时得到实现］。在ＰＬＣ控制系统输入钻压的固定输入值时，则对
主电动机、主变频器以及ＰＬＣ控制等构成，具体是将绞车下放、提升以及转盘运转等速度进行有效调节。而绞
（作者单位：江苏海事职业技术学院）

电动钻机电力系统变频技术及钻井智能化操作

电动钻机电力系统变频技术及钻井智能化操作摘要：在电力系统的工程施工中，有关电动钻机电力系统变频技术的应用有着极为重要的作用，作为新时代下的产物，相较于传统钻机技术，该技术在安全性与有效性上具有更为明显的优势。

施工单位通过对电动钻机电力系统变频技术的应用，不但能够有效提高钻机的工作效率，同时还能确保整个电力系统能够正常运行下去。

正因如此，本文就电动钻机电力系统变频技术的相关内容加以分析，并以此为基础提出有关钻井智能化操作方面的内容。

关键词：电动钻机；电力系统；变频技术；钻井智能化在当前社会背景下，传统的电力系统技术显然已经无法满足基础建设，不但会导致电力系统的运行质量受到影响，还会对整个施工单位的经济效益产生较为不利的影响。

而电动钻机电力系统变频技术的存在，不但缓解了当前我国在电力系统应用方面所面临的问题，同时还能够极大程度上提高整个电力环节的性能效率，提高过载能力与抗干扰性，不但在操作方面具有简化性，同时还能方便相关人员对其进行及时处理。

一、电动钻机电力系统变频技术的应用现状与传统钻机技术相比，电动钻机电力系统变频技术在应用性能上具有更大的优势，通过对数字化系统的应用，不但能够提高整个技术应用的可靠性与可操作性，同时还能够方便相关人员在进行实际应用的过程中，对故障问题进行准确针对，并以此来进行内容上的调整，以免电力系统的运行质量受到不利影响。

而该技术与其他技术之间最大的差距便是对可编程控制器的应用，利用这一装置能够对传统钻机技术进行功能层面的丰富，并为后续进行钻井智能化操作化营造一个较为完善的应用环境[1]。

不仅如此，相较于传统的钻机技术，该技术在控制力上更为成熟，并且不需要施工单位投入过高的成本，有着极高的现实意义，不但能够避免施工人员的生命健康安全受到威胁，同时还能够提高电力系统的安全性，以此来确保后续工作能够顺利开展。

二、钻机电力系统的组成通常情况下，在钻机电力系统的组成方面，存在两大系统模块，一次模块在系统组成上主要是涉及设备的应用，比如说发电设备、配电器、变电器、输电设备以及控制设备，这些都是整个钻机电力系统中不可缺少的重要组成部分。

双PLC系统在交流变频全电动钻机中运用与研究

双PLC系统在交流变频全电动钻机中运用与研究摘要:PLC作为电动钻机的控制中心发挥着越来越重要的作用,我处现在使用的电动钻机大部分采用一套PLC控制系统加一套旁路系统的配置,由于钻井行业经常搬迁且常年处在野外环境, PLC出现故障的概率较高,这时作为备用控制系统的旁路控制系统,只能发挥简单应急功能,对实际的使用造成很多不便与安全隐患,而采用双PLC控制系统能很好地解决这种问题,虽然在设备配套时成本稍高一些,但从长期使用的角度来看,反而能节省很多成本。

关键词:双PLC系统安全经济控制系统作为电动钻机的核心部分,全电动交流变频钻机对其要求很高,采用双PLC系统的设备不但能很好地满足安全及使用需要,还有诸多优势。

本文将通过所使用的50DBS钻机从安全及经济角度对其进行重点分析。

1 交流变频全电动钻机的控制方式1.1 PLC通讯控制在石油钻井设备中,PLC控制系统通常由设在VFD房中的CPU、设在司钻操作房中的远程分站ET200以及数量不等数字/模拟输入/输出模块、供电电源、通讯连接双绞线等组成。

可以根据司钻的需要实现各种钻井实际操作,还可以通过自身内部的程序计算实现一些保护功能。

1.2 旁路控制旁路控制就是通过多芯线将司钻房内的各类开关旋钮、手柄、手轮与变频器内的端子排连接,实现电机启停、正转、反转等操作。

旁路控制系统主要是在主控制系统PLC系统出现故障后作为应急使用。

1.3 双PLC通讯控制双PLC系统就是去除旁路系统,改为两套完全相同的完整PLC控制系统,一套使用;另一套作为备用。

在控制系统中增加两块切换板,通过控制切换板上的继电器,来控制PLC系统的供电电源,达到两套PLC 系统切换目的。

2 PLC通讯控制系统与旁路控制系统各自的特点2.1 PLC通讯控制系统特点(1)控制功能强大。

PLC控制系统具有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。

不仅具有数字逻辑运算、实时监控、数据传送等功能,还能进行智能控制、远程控制等。

交流变频电驱动石油钻机

交流变频电驱动石油钻机交流变频调速电驱动石油钻机(AC—GTO—AC石油钻机)是国外新发展起来的一种先进的电动石油钻机。

这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可比拟的优越性能。

这种钻机的核心技术就是采用了交流变频调速技术。

交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓朴理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术。

专家认为交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合，具有强大的生命力，是当代石油钻机的发展趋势。

近年来，由于上述技术和可自关断全控技术、脉宽调制技术(PWM)、电机控制技术、矢量控制技术及直接力矩控制技术的飞速发展和应用，促进了交流变频调速技术的迅猛发展，交流变频调遣陛能，已完全达到石油钻井工艺对钻机驱动传动系统调速性能的要求。

为了使油田电网供电的固定工频(50I--Iz)输出后成为可变频率，通常采用整流技术，把工频经过整流变为直流，再通过逆变技术，把直流变成可调的交流。

原来采用不可自关断的半控器件，需要强迫换流来实现逆变，而强迫换流则需要辅助直流电源。

用于换流的电源器件、电感及电容，造成逆变电路体积庞大、投资增大、换流损耗大、逆变效率低、可靠性差和由于半控器件开关频率低很难采用脉宽调制技术等问题。

应用可关断全控技术以后，由于可关断器件不需要辅助换流电路、全控器件开关频率高、可靠性高、电压控制、驱动功率小、驱动电路容易实现等优越性能，克服了采用不可白关断半控器件造成逆变电路的一系列问题。

PWM技术的应用，使电机力矩脉动减小，谐波分量减小，满足了交流电机的供电要求。

另外，PWM技术在调节频率的同时，通过控制输出电压脉冲的宽度，调节输出交流电压的幅值，实现在逆变桥同时调节输出频率及电压。

矢量控制技术通过对三相电机的3／2变换把三相的量，解耦成类似直流电机的励磁分量及转矩分量，并对其量独立控制，再经过2／3变换成交流供电的三相量来控制电机，保证了力矩控制的线性关系，从而达到了直流电机的控制特性。

OFE050102-我国交流变频电动钻机的技术水平和发展趋势

２台电机通过二级齿轮减速箱驱动，并配辅助驱动装置，也有采用一级齿轮减速箱方案的。钻井泵的
的目送钻钻压误差＜士５０的，０ｋａｇ
ｃ盘式刹车盘式刹车有钳盘式和推盘式２）种形式，其动力有液压和气动２种形式。其中，采用液压驱动的钳盘式刹车已完全实现国产化，而推盘式刹车目前还主要依靠进口，因此，国内绞车大部分均配置液压钳盘式刹车，少数绞车用气动推盘式刹车替代电磁涡流刹车作为辅助刹车使用，也获得了良好的效果。３３电传动系统．交流变频电动钻机常用的调速技术有矢量控制和直接转矩控制２种。矢量控制主要采用Ｓｅｅｓｉｎｍ公司的变频器，直接转矩控制主要采用ＡＢ公司的Ｂ变频器。在控制方式上有一对一控制和一对二控
收稿日期：０４０－１２０－７１
字控制，１第次在我国石油钻机上建立起数字化、信息化、智能化平台，能够实现安全、高效、优质、低成本科学钻井，能够实现能耗制动和数控变频恒钻压自动送钻。该公司已研制出Ｚ３ＤＳ型、Ｊ０ＢＪ０ＢＺ４ＤＳ
型、Ｊ０ＢＺ５ＤＳ型、Ｊ０ＢＺ７ＤＳ型系列交流变频电动钻
ＣｉｅｅＶＦｉｉｇｓｈｎｓＡＣｄｌｎｒ．ｒｌｉｇ
Ｋｙｒｓｄｉｉｒｓｔｃｎｃｌｅ；ｅｅｐｇｎｅｗｄ：ｒｌｇ；ｅｈｉｌｌｄｖｌｉｔｄｏｌｎｉｇａｅｖｏｎｒｅ我国石油钻机制造厂开发了陆地、沙漠、海洋钻机。现有的８家石油钻机制造企业，具有年生产成套钻机约１０５台的能力。ａ宝鸡石油机械有限责任公司于１９年研）９７制出第１１ｍ１９０型钻机，台５０Ｚ５０Ｄ１０Ｊ／－随后又研制出Ｚ２／３０Ｄ型、Ｊ０２５Ｄ型钻机。Ｊ０１５ＺＢＺ４／２０Ｂ２００３年研制成功Ｚ７Ｄ１型交流变频钻机、Ｊ０ＢＺ３ＤＴ型拖挂式交流变频钻机、Ｊ０Ｂ型交流Ｊ０ＢＺ５Ｄ变频钻机。ｂ川油广汉宏华有限公司于２０年研制出）０１ＤＳＢ系列数控变频电动钻机，主要功能是实现全数

电动钻机交流变频控制技术

交流钻井马达
刹车推力球形轴承
转子组合 (薄板式)
空气入孔 (550 CFM)
线圈末端
定子组合 (Laminated) 马达外壳 (Laminated) 线圈末端
马达主轴
空气出口
小齿轮
导向滚珠轴承
DC Generator
AC Highline or Generator Set
电气接口
变频房
变频器与电气控制接口
动力系统由柴油发电机组和辅助柴油发电机组组成，电驱动钻机亦可用网电作动力系统。柴油发电机组按需要可任意并网运行，负荷均衡分配。

二、电传动系统
电传动系统由SCR或VFD系统和MCC组成。 SCR或VFD系统对驱动绞车、钻井泵和转盘的电动机供电和控制，其特性满足绞车、转盘、钻井泵的工作要求。MCC对低压交流电动机、照明系统、生活设施及其它交流用电设备供电和控制。
• 2台泥浆泵联组窄V带传动，各由1台600V、1100kw交流变频电机驱动,基频额定冲次为109冲/分。交流变频电机的无级调速可实现泵冲次及排量的连续平稳变化 • 转盘采用链条传动，由1台600V、600kw交流变频电机驱动。其可实现0-169rpm范围内30000N.m恒扭矩无级调速
ZJ50DB电气系统单线图
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但
n n0
提示：如果
n n0
转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转距
8. 2. 3 转差率
转差率表示转子转速与旋转磁场的同步转速相差的程度。
n0 n 100 % s n 0
电动钻机的基本结构

变频调速技术在电铲、钻机设备中的应用解析

变频调速技术在电铲、钻机设备中的应用解析概述传统的电铲和钻机在工作时都有一个固定的电动机转速，这限制了机械设备的工作范围和效率。

针对这个问题，近年来逐渐应用的变频调速技术可以改变电动机的转速，扩大了机械设备的工作范围，并提高了设备的效率和稳定性。

变频调速技术的原理变频调速技术是通过一个称为变频器的设备将机器供电的交流电转换成一定频率的交流电，以改变电动机的转速。

首先，将工作电压通过整流电路转换成DC（直流）电压，再通过逆变电路变成需要的交流电，然后通过变频器内部的PWM（脉冲宽度调制）波形控制模块，将这个电流转换成所需要的输出频率，快速改变电动机转速。

变频调速技术在电铲中的应用解析变频调速技术在电铲中的主要应用包括：动力马达变频调速技术电铲的动力机械通常是采用电动机和液压泵直接联动的方式驱动的。

传统的电铲在工作时无法改变电动机转速，而采用变频调速技术可以做到精准无损的调速控制，以适应不同的工况要求，并且通过调整电机的输出功率，可以有效降低电耗，延长电铲寿命。

铲斗变频传动技术铲斗作为电铲的重要组成部分，通常采用单机瞬时起重量自动控制，以保证铲斗的起重能力和运行速度。

传统的铲斗驱动方式通常是电机直接驱动铲斗装置的，难以满足实际工作需要。

而采用变频调速技术，可以通过变频器将驱动电机的输出功率适时地转化为所需的铲斗起升或运行速度，从而提高铲斗的运行效率和稳定性，有效减少故障率。

变频调速技术在钻机中的应用解析钻机是一种重要的用于矿山、建筑施工等行业的机械设备，其主要工作是以钻头为主要组成部分进行钻取钻孔。

变频调速技术在钻机中的应用主要包括：钻头变频传动技术传统的钻机在工作时采用定转速电机驱动钻头，但是由于工作材料和工艺要求的不同，需要根据实际情况适时调整钻头的转速。

而采用变频调速技术，通过变频器将驱动电机的输出转化为所需的钻头转速，从而适应不同的工况要求，提高钻机的效率和稳定性。

钻进速度变频传动技术钻机钻进施工时的进给速度直接关系到钻孔的质量和进度，传统的钻机进给速度通常是采用机械档位控制的，难以实现精准无损的调速控制。

DB交流钻机电控系统概述资料

交流钻机电控系统概述（ZJ50DB钻机电控系统）一、系统概述ZJ50DB钻机采用先进的ABB全数字交流变频控制技术，该钻机电控系统能够满足5000m钻井工艺要求，能够实现绞车四象限运行完美的实现绞车从0速到给定速度的无级调速，优秀的DTC（直接转矩控制）控制性能满足绞车在重载下的低速运行及零速悬停。

绞车分单、双电机运行方式运行，由 2 台 800kW 交流电机驱动，最大钩载达到450T。

2 台泥浆泵各由 1 台 1200kW 交流电机驱动。

泥浆泵闭环恒速控制可满足钻井工况对泵冲的精确要求。

转盘采用独立驱动方式，由 1 台 800kW 的交流电动机驱动，具有低速运行及零速零速大扭矩停车功能，完备的系统控制可防止转盘在负载扭矩突然增大时发生倒转。

自动送钻由 1 台 45kW 交流变频电机驱动，实现小电机恒钻压、０－３６m/h恒钻速控制。

另外 1 台 1250KVA 6.3KVAC/400VAC 变压器通过变压提供 400VAC 50Hz 交流电供给 MCC、自动送钻控制系统、照明供电系统。

MCC系统采用西门子软启动装置驱动电机，软启动可以减少电机启动时对电网的冲击，控制为冗余软启动系统,使用单独的S7-２００ＣＰＵ控制可在与主ＣＰＵ脱离通讯时单独控制软启系统、主ＣＰＵ采用冗余PLC控制系统（冷备）。

二、系统网络图系统采用西门子S7-300和S7-200PLC实现网络冷备份，。

VFD房中的PC柜内的两台冷备S7-300PLC通过MPI通讯方式与上位机连接。

上位机主要用于装置参数显示、数据记录、故障报警输出等等。

S7-300 PLC通过PROFIBUS-DP通讯方式与绞车、转盘、泥浆泵及自动送钻变频器通讯实现远程控制。

采用EM277通讯模块实现与VFD房、司钻房的S7-200 PLC通讯。

系统网络（1）三、主要系统组成1、供电系统该电控系统为高压网电供电，采用1套箱式高压开关箱将网电与变压器房连接，并通过1台负荷开关及3台真空开关将电网与2台2500KVA 6.3KVAC/600VAC变压器连接构成600VAC供电系统，为传动控制系统提供电源；此外，通过电网与1台1250KVA 6.3KVAC/400VAC 50Hz变压器构成400VAC供电系统为钻机MCC和生活用电设施供电。

电动钻机交流变频控制技术共39页

16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
电动钻机交流变频控制技术
1、纪律是管理关系的形式。——阿法纳西耶夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响，而是让良行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养成儿童自觉的纪律性，这是儿童道德教育最重要的部分。—— 陈鹤琴
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