钻采自动化复习资料

1、.电力电子器件的特点：1）具有较大的耗散功率；2）工作在开关状态；3）需要专门的驱动电路来控制4）需要缓冲和保护电路.电力电子器件的分类：1）不可控器件；2）半控型器件；3）全控型器件.按照驱动信号的不同，又可将可控器件分为电流驱动型和电压驱动型。电流驱动型器件通过从控制极注入和抽出电流来实现器件的通断.电压驱动型器件通过在控制极上施加正向控制电压实现器件导通.根据器件内部带电粒子参与导电的种类不同，电力电子器件又可分为单极型、 双极型和复合型三类。.晶闸管的开关特性：晶闸管可等效为一个PNP晶体管V1和一个NPN晶体管V2 的复合双晶体管模型。晶闸管的导通条件可归纳为阳极正偏和门极正偏，即u

2、AK0且 uGKQAG上|儿1JnpN Tl 时:Tddt传动系统加速运动。TmW：tdt0传动系统减速运动。.恒转矩型负载特性：负载转矩为常数，不随转速n变化。依据负载转矩与运动 方向的关系，将恒转矩型的负载转矩分为反抗型包转矩负载和位能转矩型包转矩 负载。反抗型包转矩负载：负载转矩大小不变，负载转矩方向始终和运动方向相反阻 碍电机转动，当电机转动方向改变，负载转矩作用方向也随之改变。位能转矩型包转矩负载：负载转矩由重力作用产生，不论生产机械运动的方向 变化与否，负载转矩的大小和方向始终不变。包功率负载特点：包功率负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是当转 速变化时，负载从电动机吸收的功

3、率为恒定值。.机电传动系统稳定运行的条件：（1）电动机上的拖动转矩 TM和折算到电动 机轴上的负载转矩TL大小相等，方向相反，相互平衡。（2）系统受到干扰后， 要具有恢复到原平衡状态的能力：在转速上升的方向， TMTL 0.他励直流电动机机械特性的特点：1）机械特性是一条向下倾斜的直线；2）电动机带负载的时候存在转速降落。3）斜率越大，速度降落越大，机械特性越软。.电枢回路用接电阻Re时的人为机械特性：（1）理想空载转速n0与固有机械特性的n0相同；(2)Ra ReCeCT 收Bn,特性变软，在同一转矩下转速下降更多。(3)是经过理想空载点、具有不同斜率的一族射线。.改变电源电压Ud时的人为机

4、械特性特点：(1)理想空载转速比固有特性的理想空载转速低。端电压下降越多，其理想空 载转速越低；(2)人为特性的斜率跟固有特性的斜率相等，硬度不变；(3)是一族平行线。.改变磁通时的人为机械特性：(1)由于小 小3理想空载转速比固有特 性的理想空载转速高；(2)人为机械特性的斜率比固有机械特性大，即人为特性比固有特性软。.:用励电动机的机械特性：特点：重载很小；轻载飞车结论：用励电动机不允许 在小于1520%的额定负载下起动。转速随所需电磁转矩的增加而迅速变化， 该特性称为软特性。申励电动机有较大起动转矩与过载能力。 大负载时，接近直 线。适用于重载起动的场合，不允许在空载和很轻负载下运行。2

5、2他励直流电动机的能耗制动：过程分析：由于惯性，nw0, E/ 0且与电动同向；U=0,在Ea作用下产生反向 电枢电流Ia=-Ea/(Ra+Rz)故转矩T也与电动时反向；此时，T与n反向，为制动 转矩，电动机较快减速，当n=0时停车。能量转换：TQ Q电动机靠系统的动能发电，转化成发电机，把动能 变成电能，消耗在电枢电路电阻上。机械特性是一条过原点的直线，位于第二象限(T负n正)，特性斜率B取决于 能耗制动电阻Rz,与电枢串联电阻Rz时的人为机械特性斜率相同。.能耗制动分为反抗型负载能耗制动和位能性负载能耗制动。从机械特性可以看出，特性曲线的斜率决定于能耗制动电阻 Rb的大小。Rb越 大，机械

6、特性线越斜，制动转矩越小，制动越慢；Rb越小，机械特性线越平，制动转矩越大，制动越快。但 Rb太小在制动瞬间会产生过大的冲击电流。特点：能耗制动简单，常用于反抗性负载的电气制动停车，重物下放。能耗制 动产生的冲击电流不会影响电网。 低速时制动转矩小，停转慢；大部分动能消耗在制动电阻上。24调速时的功率与转矩:(1)恒转矩调速：降压调速时，从高速到低速，容许输出转矩是常数，称为 恒转矩调速方式，而容许输出功率则正比于转速。(2)恒功率调速：弱磁调速时，从低速到高速，容许输出功率为常数，称为 包功率调速方式，而容许输出转矩则反比于转速。恒转矩调速方式适合拖动包转矩负载；恒功率调速方式适合拖动包功率

7、负载。采用包转矩调速比采用包功率调速配合要好一些。25.挖土机特性：限制启动和堵转时的电枢电流引入电流截止负反馈。电动机正常运行时，转速负反馈起作用，机械特性硬。电流负反馈在电流很大时起作用使机械特性变软。电枢电流大于临界电流，IdIo(Idcr),电流负反馈起作用，限流。电枢电流小于临界电流Id Io(Idcr)时，转速负反馈 起作用，调速。26.双闭环调速原理：(1)给定转速后，转速调节器ASR的 输入偏差电压的数值仍较大，其输出 电压保持限幅值 Uim,强迫电流Id迅速上升(2)直到 Id = Idm , Ui = Uim , ASR 很快进入并保持饱和状态，而 ACR一 般不饱和。系统

8、的加速度恒定，转速 呈线性增长。(3)当转速上升到给定值时，电机仍 在加速，使转速超调。转速超调后， ASR输入偏差电压变负，使它开始退 出饱和状态，Ui和Id很快下降。(4)直至ij Id = IL时，转矩Te= TL ,贝U dn/dt = 0 ,转速n才到达峰值(t = t3 时)。此后，电动机开始在负载的阻力 下减速，与此相应，在一小段时间内(t3t4 ), Id IL ,直到稳定。27.直流电动钻机系统构成：1、动力及其控制系统：控制柴油机转 速，发电机电压，平衡柴油机负载； 2、驱动及其控制系统：SCRS流装置 及速度电流双闭环直流控制系统；nt2t3t4IdmIdIIO t13、

9、交流电动机控制中心(MCC): 600/400V变压器，辅助电动机启停控制4、PLC及司钻台操作界面：绞车、泥浆泵、转盘速度、转矩给定、正反转操作、 钻机系统运行监控等。28.直流钻井电动机负载特性：(1)负荷变化大启动制动频繁(2)连续起下钻，包功率特性；为充分利用功率宜采用用励直流电动机驱动；他励直流电动驱动采用弱磁调 速。要求有一定过载能力，以克服启动动载、振动冲击和轻度卡钻。绞车工作时 起停交替，要求有良好的启动、制动性能。.转盘的机械特性：转盘的转速无级可调；转盘具有很好的转矩限制的快 速响应特性。并可根据钻具的强度和井深能进行调整；转盘可方便地进行正、反 转调速。.钻井泵的机械特性

10、：钻井泵具有包转矩特性。钻进过程中，钻井泵的排 量和压头根据钻进的井深和井下情况进行调整。在表层钻进时，要求钻井泵有较 大的排量，泵的转速较高；而深层钻进时，需要高的泵压和较小的排量。.浪涌抑制电路：如果浪涌电压过大，超过压敏电阻 MOVI,MOV2和MOV3 的阈值电压时，压敏电阻变成低阻态，电路电流剧增，带有微动开关的熔断器 F41,F42和F43熔断，并断开SCROOP.零位联锁保护：防止电动机在高电压下突然起动，零位联锁环节使速度 给定信号无效。.绞车的能耗制动：当游车接近井架顶部时，为了迅速降低电动机转速, 采用能耗制动，使电动机转速很快降到手轮控制的猫头速度。.绞车电动机串联运行(

11、DWS):电流方向SCR42KU4KIT卜IKITOPDWDB2IC5 RHY lADWDB HELDSUPPLY-FWDEWA一L/TTY用 .rrDWDBaiU nJ1 JRESISTORS (U60HM3EA2K5REV1 n-5DWBIK63X4-IF.交流变频钻机的转差率与电动机运行状态：(1)电动机运行状态0S 1:定子圆形旋转磁场一转子中感应电流一转子 受力一转动，电机此时吸入电能，输出机械能一电动机。(2)发电机运行状态 s Sn0, sg导条中有电流一转子受力。吸收机械能，输出电能一发电机。(3)电磁制动状态 1 s +00 ： 0nn00s1。定子磁场未变，以外力使转子速度

12、 n与n1反向。n1, T与n反向，制动作 用。电机同时吸收电能及机械能，消耗于内部转子电阻上。.交流变频钻机的机械特性：U 2(1)T与定子每相绕组电压U1成正比。R2的大小对 T有影响。(3)当电源电压 U1和转子电阻R2一定时，T是s的函数：当$= 0, n= (1-S) n0= n0,为同步转速(理想空载转速)；当S较小时，忽略电抗，则 T与S近似线性关系；当S较大时，随着转速的下降，转矩也变小。.启动工作点：衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。临界工作点：表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小。.三相异步电动机的回馈制动：| n | | n1 | , s0;电机处于异步发电机状 态

13、；将机械能量转变为电能反馈回电网；电磁转矩与旋转方向相反，起制动作用。能耗制动三相异步电动机的能耗制动：制动前 KM1合，KM2断，M为电动状态。制动时KM1断，KM2合。定子：Uf 一If 一 转子：n 一E2 一 I2 , M 为制动状态。.变频调速的基本原理：变频调速是一种改变同步转速的一种调速方法；只要 改变电源频率即可平滑的调节电动机转速。方法：改变电源电压。.基频以下调速：保持m不变，当频率f1从额定值f1N向下调节时，必E f. C须同时降低Eg，使匚g/ 。即米用恒值电动势频率比的控制方式。55二常数.基频以上调 速：在基频以上调 速时，频率应该从 f1N向上升高，但定 子电压

14、Us却不可能 超过额定电压UsN , 最多只能保持Us = UsN ,这将迫使磁 通与频率成反比地 降低，相当于直流电 机弱磁升速的情况。.变频器核心主电路的组成：二极管整流器、PWM逆变器和中间直流电路三部 分组成。进线电抗器：为抑制谐波电流，软起电路：避免大电容 C在通电瞬间产生过大的充电电流，以免长期接入时 影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。泵开限制电路：将电机释放的动能消耗在制动电阻上。.转差频率控制基本原理：在直流转速电流双闭环调速系统中， 外环是转速环， 转速调节器的输出是转矩指令。在转差频率控制的转速闭环系统中， 转速外环的 输出也是转矩指令。在基于感应电机稳态模型的控制系统

15、中， 最终要确定的是输 出的频率指令。.转差频率控制的规律是：(1)在 s sm的范围内，转矩 Te基本上与 Ws成正比，条件是气隙磁通不变。(2)在不同的定子电流值时，按函数关系 Us = f(W1, Is)控制定子电压和频率， 小m恒定。.矢量控制的基本原理：直流电动机的电磁转矩是由电枢绕组电流 Ia与气隙磁链 Vf相互作用产生的。由于直流电机在结构上就保证了电枢电流矢量垂直于气隙 磁链矢量，则Ia是控制电机转矩的分量，If是控制电机磁场的分量，这两者是解 耦的。如果If恒定，只要调节Ia就可控制转矩。.某直流电动钻机采用三相 600VAC供电，其晶闸管整流桥要求输出直流电压 0-750V,额定电流1850A。请确定品闸管额定工作电压、通态平均电流和触发角 0-90度时电压调整范围？Urrm=1,141Ul=1,141 义 600=848vUT=(23)X 1.414 X600=17002550VI vt1 TAVIdd (cot)(1.5 2)1 VT1 .57当触发角=o时:UdJ JIti +a3当触发角=90时:Tm Tl47.3I0.574 I d1062 A1011 1348 6U