книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок

Кинематическая схема рабочих машин в таком приводе очень часто сложна и громоздка, а сам привод неэкономичен, поэтому его используют редко.

Современное направление в развитии электроприводов за­ ключается в том, что электродвигатель максимально прибли­ жается к рабочим механизмам. Наиболее совершенным типом является электропривод, органически слитый с рабочей маши­ ной, который легко управляется, автоматизируется и макси­ мально упрощает рабочую машину.

Индивидуальным называется привод, в котором двигатель приводит в движение только один рабочий орган машины. Ин­ дивидуальный привод позволяет упростить кинематическую схему рабочей машины.

В ряде случаев двигатель и рабочая машина конструктивно связаны между собой и образуют единое целое. Примером та­ кого электропривода может служить электробур для бурения нефтяных скважин, который представляет собой забойный элек­ тродвигатель, помещенный на нижнем конце колонны буриль­ ных труб и предназначенный непосредственно для вращения долота.

В многодвигательном приводе отдельные рабочие органы ма­ шины приводятся в движение самостоятельным двигателем через систему передачи. Комплекс АСП-3 для автоматизации спуско-подъемных операций при бурении скважин имеет много­ двигательный электропривод.

В нефтяной промышленности наибольшее распространение получили индивидуальные электроприводы механизмов.

Движение электропривода, как и всякого механизма, под­ чиняется законам динамики и определяется силами (момента­ ми), действующими в этой системе. Вращающий момент Мяв, развиваемый электродвигателем, в любой момент времени урав­

Это уравнение называется уравнением движения электро­ привода. Вращающий момент электродвигателя считают поло­ жительным, если он направлен в сторону движения механизма, и отрицательным, если он препятствует его движению. Послед­ ний называется тормозным моментом. Действие статического момента, приложенного к валу двигателя, проявляется в полез­

ных процессов, т. е. таких процессов, когда изменяются частота вращения электропривода и запас энергии движения в нем.

При равенстве вращающего момента электродвигателя и мо­ мента статического сопротивления система находится в состоя­ нии динамического равновесия — частота вращения электропри­ вода не изменяется. Во время нарушения равновесия между

вращающим моментом электродвигателя и моментом статиче­ ского сопротивления частота вращения электродвигателя начи­

то привод замедляет свое движение, т. е. частота вращения его снижается. Величина динамического момента определяется раз­ ностью между вращающим моментом электродвигателя и мо­ ментом статического сопротивления. Положительному динами­ ческому моменту соответствуют увеличение частоты вращения электропривода и возрастание запаса кинетической энергии, от­ рицательному— уменьшение частоты вращения привода и убывание запаса кинетической энергии, т. е. энергии дви­ жения.

При всяком нарушении равновесия между моментами элек­ тродвигателя и статического сопротивления наступает переход­ ный процесс, сопровождающийся изменением частоты вращения вала, момента и силы тока электродвигателя, а также запаса кинетической энергии электропривода и механизма. К переход­ ным процессам относятся пуск, торможение, реверсирование, изменение нагрузки или частоты вращения во время работы механизма и пр.

Характер протекания переходных процессов электропривода определяется прежде всего законами изменения движущихся моментов и моментов сопротивления всего агрегата.

Время переходного процесса для некоторых механизмов в значительной степени определяет их производительность и су­ щественно влияет на выбор приводного электродвигателя. Время переходного процесса прямо пропорционально моменту инерции электропривода. Чтобы сократить время переходных процессов, стремятся уменьшить момент инерции ротора элек­ тродвигателя и других элементов электропривода.

§2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

ИИХ РЕГУЛИРОВОЧНЫЕ СВОЙСТВА

Механические характеристики

Знание механической характеристики двигателя и механизма необходимо для того, чтобы правильно подобрать двигатель для какого-либо конкретного привода. При выборе электродвига­ теля для электропривода, а также для обеспечения рациональ­ ной эксплуатации всего агрегата в целом следует обращать внимание на соответствие механических свойств двигателя ха­ рактеристикам рабочей машины.

Зависимость между частотой вращения п и моментом сопро­ тивления механизма Мс называется механической характеристи­ кой производственного механизма. Она выражается графически в виде кривой t i =f ( Mc ) >

Механической характеристикой электродвигателя называется

5) двигатели с регулированием частоты вращения, которую можно изменять для одной и той же нагрузки в некоторых пре­ делах, как, например, у асинхронных двигателей с контактными кольцами (рис. 103, б).

Регулировочные свойства электродвигателей

Регулировочные свойства различных электродвигателей, ра­ ботающих в качестве привода механизмов и машин, зависят от их механических характеристик и конструктивных особенностей электродвигателей.

Как следует из выражения (70), приведенного в гл. III, ча­ стота вращения двигателей постоянного тока п может меняться в зависимости от изменения величины сопротивления в цепи якоря Яя или магнитного потока обмотки возбуждения Ф.

Для асинхронных электродвигателей частота вращения ро­ тора может меняться согласно выражению (65) путем измене­ ния активного сопротивления в цепи ротора, переключением числа полюсов обмотки статора, изменением частоты тока, пи­ тающего их.

Для плавного регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока в широких пределах применяют системы гене­ ратор—двигатель (рис. 104). В качестве первичного двигателя может быть использован синхронный или асинхронный электро­ двигатель. Обмотки возбуждения генератора Г и приводного двигателя Д, как следует из схемы, питаются от отдельного воз­ будителя JВ, а обмотка якоря приводного двигателя — непосред­ ственно, без пусковых реостатов, питается от генератора Г Напряжение на зажимах генератора Г регулируют изменением тока возбуждения. В момент пуска двигателя Д напряжение устанавливают небольшим, что исключает надобность в пуско­ вом реостате. Таким образом, в данной схеме отсутствуют ре­

остаты в цепи регулируемого двигателя, а следовательно, по­ тери в них.

Рис. 104. Система генератор—двигатель:

о — схема; б — механические характеристики: ПД — привод агрегата; ЯМ —ис­ полнительный механизм; IP, 2Р — реостаты

Основное достоинство этой схемы — возможность экономи­ ческого регулирования частоты вращения в широких пределах. Пределы регулирования, достигаемые изменением подводимого напряжения, составляют (6-т-8) 1.

На рис. 104, б приведены механические характеристики си­ стемы генератор—двигатель. Они представляют собой прямые линии, параллельные друг другу.

Способы торможения электроприводов

В процессе работы различных электроприводов возникает необходимость в искусственном торможении.

Кроме сокращения времени останова, торможение электро­ приводов может преследовать:

1)сохранение постоянства скорости, что имеет место в тех случаях, когда привод стремится и способен развивать ускорен­ ное движение под влиянием, например, опускаемого груза;

2)снижение скорости при переходе от одной рабочей ско­ рости на другую.

Торможение электроприводов возможно механическое или электрическое.

Механическое торможение на практике получило значитель­ ное распространение и широко применяется в бурильных ле­ бедках. При механическом торможении тормозной момент создается силами трения в колодке или ленте при нажатии по­ следних на специальный обод.

Механическое торможение имеет ряд недостатков, к которым относятся: интенсивный нагрев колодок, быстрый их износ и вследствие этого необходимость в частых регулировках тормоз­ ных усилий.

При электрическом торможении тормозной момент на валу привода создается приводным электродвигателем. Применя­ ются три способа электрического торможения: генераторное, торможение противовключением, динамическое торможение (рис. 105).

Генераторное торможение используется при спуске груза, когда подъемный двигатель под влиянием момента, развивае­ мого опускающимся грузом, вращается с частотой выше номи­ нальной и работает в режиме генератора, отдавая энергию в сеть (рис. 105, б).

Торможение противовключением осуществляется изменением направления тока в обмотке якоря электродвигателя постоян­ ного тока или направления вращения магнитного поля статора асинхронного двигателя (рис. 103, г).

Таким образом, в режиме торможения противовключением электродвигатель подключается к сети так, чтобы был создан вращающий момент, противоположный моменту, создаваемому инерцией рабочего механизма. Торможение противовключением сопровождается увеличением тока якоря в двигателях постоян-

Рис. 105. Схемы торможения электродвигателей постоянного тока парал­ лельного возбуждения:

а — двигательный режим; б — генераторное торможение; в — динамическое торможение; г — торможение противовключением

ного тока и тока статора асинхронного двигателя. Торможение противовключением применяется для ускорения остановки ме­ ханизма или для получения заданной скорости спуска (в подъ­ емных установках), когда двигатель включается на вращение

всторону спуска.

Кнедостаткам торможения противовключением относятся:

необходимость использования больших сопротивлений для огра­ ничения тока в обмотках двигателя, тяжелый тепловой режим двигателя.

Динамическое торможение в электроприводе с двигателями постоянного тока осуществляется отключением обмотки якоря от электрической сети и подключением ее на время торможения к специальному тормозному активному сопротивлению, но при обязательном сохранении возбуждения. В цепи якоря электро­ двигателя, вращающегося по инерции в магнитном поле, возни­

в качестве генератора, а механическая система — как двигатель за счет запасенной кинетической энергии.

В рассматриваемой системе э. д. с. возникает при любой ско­ рости, следовательно, в течение всего времени торможения электродвигатель работает как генератор, выполняя роль тор­ моза. Э.д. с. япоря при этом уменьшается пропорционально сни­ жению частоты вращения, так как магнитный поток Ф остается постоянным (рис. 105, в).

Динамическое торможение асинхронных двигателей осуще­ ствляется двумя способами: 1) возбуждением пульсирующего магнитного поля в статоре путем присоединения статора только к двум фазам сети (рис. 106, а)\ 2) питанием статора от источ­ ника постоянного тока после отключения статора от сети пере­ менного тока (рис. 106, б).

Первый способ применяется в крановых установках при опу-

ского торможения асинхронных двигателей применяется чаще. После отключения подается постоянный ток.

При пересечении ротором, вращающимся по инерции, непод­ вижного в пространстве магнитного поля, созданного постоян­ ным током, в обмотке ротора наводится переменный ток. Взаи­ модействие переменного тока с полем статора создает тормоз­ ной момент.

Недостаток этого способа торможения состоит в том, что необходимо иметь отдельный источник постоянного тока.

Для синхронного двигателя применяется как генераторное, так и динамическое торможение. Если статор синхронного дви­ гателя отключить от сети и замкнуть его обмотку на сопротив­ ление, а питание обмотки возбуждения сохранить, то можно получить динамическое торможение, так как возникает тормоз­ ной момент от взаимодействия тока статора с магнитным пото­ ком ротора.

§3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ИТРАНСФОРМАТОРОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

ных электродвигателей, используемых в качестве привода лебедок, ротора, буровых насосов, вспомогательных меха­ низмов.

Ниже приведены основные сведения по этим электродвига­ телям.

В табл. 23 даны технические характеристики асинхронных электродвигателей с фазным ротором привода лебедки. Двига­ тели АКБ по конструктивному исполнению защищены от попа­ дания внутрь машины вертикально падающих капель. Они мо­ гут работать в повторно-кратковременном режиме с числом включения не более 100—200 в 1 ч и допускают реверс не более 10—20 в 1 ч при торможении противовключением. Электродви-