книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок
..pdfРис. 114. Схема управления синхронным электродвигателем буровой установки БУ-80БрЭ-1
Статор электродвигателя получает питание от сети 6 кВ через высоковольтный контактор KJBM-400/30. Обмотка возбуж дения синхронного двигателя питается от однофазного тири сторного возбудителя ТВ, состоящего из блока силовых вен тилей БВ1, блока управления преобразователем БП1 и транс форматора ТН1. Возбудителем двигателя при пуске и втягивании в синхронный режим управляет бесконтактный узел синхронизации, состоящий из разрядного сопротивления РД6, управляемых вентилей ВУ5 и ВУ6 и вспомогательных элемен тов. Обмотки магнитного усилителя имеют назначение: 1Н—
1К — положительная обратная связь |
по току |
статора электро |
||||
двигателя; 2Н—2К — отрицательная |
|
обратная |
связь |
по напря |
||
жению сети; ЗН—ЗК — обмотка |
форсировки возбуждения; |
|||||
4Н—4К — отрицательная |
обратная |
связь |
по |
току |
разрядного |
|
резистора, запирающая |
возбудитель |
при |
разгоне; |
5Н—5К — |
||
отрицательная обратная связь по току возбуждения электро
двигателя; |
6Н—6К — задающая |
обмотка; |
7Н—7К — обмотка |
отрицательного смещения. |
|
i |
|
В исходном состоянии схемы УП1 находится в нулевом |
|||
положении, |
УП — в положении |
«рабочий |
режим», пускатель |
ЯЯ, реле РП, РФ и РВТ втянуты, остальные аппараты от ключены. Для пуска электродвигателя на холостой ход (муфта отключена) УП1 поворачивается вправо и затем возвращается в нулевое положение, втягивается РВ и своим замыкающим контактом включает контактор К, двигатель подключается к сети и начинает разгоняться. Одновременно включается пу скатель ПВ и подает питание на возбудитель. Однако ток в РВСД отсутствует. Возбудитель при этом заперт. В начале пуска двигателя на обмотке возбуждения трансформируется значительное напряжение.
Тиристоры ВУ5у ВУ6 открыты, так как к их управляющим цепям приложено напряжение, превышающее напряжение за пирания стабилитронов Стб, Ст7. По цепи обмотки возбужде
ния и разрядного |
резистора |
РД6 |
протекает |
переменный |
ток. |
этому |
току |
напряжение |
снижается |
Пропорциональное |
в РД17, выпрямляется и подается на обмотку магнитного уси лителя, который полностью размагничивается, а возбудитель заперт. Амплитуда и частота тока, протекающего по цепи воз буждения, уменьшаются по мере увеличения частоты враще ния электродвигателя.
При достижении подсинхронной скорости трансформируемое напряжение становится меньше напряжения запирания стаби литронов. При этом тиристоры ВУ5 и ВУ6 закрываются, а ток в цепи РД6 снижается до нуля. Сигнал на обмотке 4Н—4К, запирающий МУ, исчезает и на выходе возбудителя появляется сравнительно большое напряжение постоянного тока, вызываю щее быстрое нарастание тока возбуждения; возможные дватри колебания частоты вращения и тока, затем электродвига-
232
гель втягивается в синхронный режим, токи возбуждения и статора постепенно стабилизируются.
При значительном снижении напряжения в сети отпадает якорь реле РФ, и его контакты замыкают цепь обмотки ЗН— ЗК, вследствие чего ток возбуждения увеличивается до макси мального значения. При восстановлении напряжения реле снова включается, отключая цепь обмотки ЗН—ЗК.
Для защиты системы от перегрузки по току и защиты ми нимального напряжения в схеме используют контакты реле и контакторов в силовой цепи.
Электропривод буровой лебедки с электромагнитными му фтами и тормозами обеспечивает также управление электро
магнитными |
муфтами. |
Электромагнитная |
муфта позволяет |
|
включать и |
отключать |
барабан |
лебедки при |
спуско-подъеме, |
не прибегая |
к коммутации цепи |
электродвигателя. |
||
Особенностью управления электромагнитной муфтой явля ется необходимость изменения силы тока возбуждения муфты при разгоне привода по определенному закону в зависимости от времени. Для буровых установок 125Э, 160Э и 80БрЭ при меняют муфту ЭМС-750 (рис. 115).
Обмотка возбуждения муфты ЭМС получает питание от реверсивного однофазного тиристорного преобразователя БВЗ, блока управления тиристорным преобразователем БПР и трансформаторов ТН4 и ТН5. Для определения частоты враще ния вала используют тахогенератор 777, установленный на ве домом валу муфты.
Обмотки магнитного усилителя имеют назначение: 4Н— 4К—задающая; 5Н—5К — отрицательная обратная связь по ча стоте вращения; 6Н—6К — отрицательная обратная связь по по току возбуждения муфты; 7Н—7К — отрицательное смеще ние.
Задающая обмотка магнитного усилителя включается кон тактом сельсинного командоаппарата лебедки (СКАЛ), задаю щее напряжение пропорционально углу поворота рукоятки СКАЛ; обмотка обратной связи по частоте вращения питается от тахогенератора ТГ1. Для включения цепей защиты и ле бедки при работе без электромагнитного тормоза универсаль ный переключатель ставится в среднее положение. При этом в цепи РЗЛ шунтируется блокировка системы управления тор мозом и разрывается цепь его задающей обмотки. При нажа тии на кнопку «пуск — защита лебедки» включается реле РЗЛ и своим замыкающим контактом включает выключатель, бла годаря чему прекращается аварийное торможение, однако ба рабан остается заторможенным ручным тормозом. Затем пи тание обмотки возбуждения ЭМС поворотом рукоятки УПЗ в положение «Вкл» включается (втягивается магнитный пу скатель ПМ, подающий питание на тиристорный возбудитель), запускается электродвигатель лебедки, стрела АСП отводится назад, реле втягивается.
Рис. 115. Схема управления электромагнитной муфтой ЭМС-750(а) и статические характеристики управления возбудителем (б):
/ — разомкнутой системы; 2 — замкнутой системы с обратной связью но току возбуждения
Исходное положение схемы: реле РЗЛ включено, электро двигатель вращается, магнитный пускатель ПМ втянут, сила тока возбуждения муфты равна нулю, так как СКАЛ стоит в нулевом положении, катушка вентиля выключателя нахо дится под током, колонна удерживается механическим ручным тормозом.
Перед подъемом включается шинно-пневматическая муфта, соединяющая вал лебедки и редуктор, затем рукоятка СКАЛ переводится до отказа в положение «вперед», что приводит к замыканию контакта СКАЛ в цепи задающей обмотки возбу дителя муфты и размыканию в цепи обмотки возбуждения тор моза. В задающей обмотке появляется ток управления, сила тока возбуждения муфты возрастает, растормаживается меха нический тормоз и начинается подъем инструмента.
Муфта и тормоз управляются одним сельсинным командоаппаратом СКАЛ и получают питание от общего выпрямитель ного моста. В связи с этим задающее напряжение подключа ется поочередно к ЭМС и ЭМТ в зависимости от положения рукоятки «вперед» или «назад». При повороте СКАЛ в край нее положение на зажимы обмотки возбуждения муфты пода ется максимальное выпрямленное напряжение с тиристорного возбудителя.
Отрицательная обратная связь по мере роста скорости ве домой части ЭМС снижает напряжение тиристорного преобра зователя до величины, обеспечивающей номинальный ток воз буждения. По окончании подъема свечи рукоятка СКАЛ воз вращается в нулевое положение, и барабан лебедки фиксиру ется ручным тормозом.
Схема управления ЭМС-750 отключается поворотом руко ятки УПЗ в положение «Откл», пускатель ПМ отключается и размыкает цепь питания тиристорного возбудителя.
Реле РЗЛ при отключении размыкает цепь питания выклю чателя. С помощью этого реле автоматически накладывается ленточный тормоз. При подъеме инструмента в цепи РЗЛ дей ствуют следующие блокировки: контроль за нахождением стрелы АСП — при выдвинутой стреле АСП к центру сква жины размыкается контакт реле РБС, а при подходе тале вого блока к центратору размыкается контакт КА-2 путевого командоаппарата, и реле РЗЛ отключается; контроль высоты подъема талевого блока (КА-3 путевого командоаппарата); кнопка «стоп» на корпусе СКАЛ для экстренного торможения.
Для управления ферропорошковой муфтой МЭП-800 (рис. 116) в качестве регулируемого источника тока возбуждения ис пользуется трехфазный магнитный усилитель МУ. Обмотка смещения ОУ2 обеспечивает нулевой ток выхода МУ. При пе реводе командоаппарата лебедки КА из нулевого в левое по ложение по обмотке управления ОУ1 усилителя МУ проходит минимальный ток, соответствующий моменту муфты 0,25 от но минального. Якори реле РБ1 и РБ2 в начальный момент
~звов
ло
втянуты и отключаются при переводе командоаппарата в край нее положение; контакт реле РБ1 с выдержкой времени 0,5 с за крывается и шунтирует резисторы РД4 и РД5, ток управле ния увеличивается до форсированного значения, и момент му фты достигает 2Л4Ном. Реле РБ2 с выдержкой времени 4—5 с переключает ступени резисторов РД4 и РД5, сила тока управ ления снижается до величины, соответствующей моменту му фты (1,1—1,3) Мном. К этому моменту разгон привода прак тически заканчивается.
Чтобы обеспечить полное размагничивание ферропорошковой муфты после отключения тока возбуждения, в схеме пред усмотрен контур размагничивания обмотки возбуждения не большим обратным током через трансформаторы ТН1— ТНЗ и выпрямительный мост В14.
Электропривод буровой лебедки с электромагнитными муф тами и тормозами содержит схемы управления электромаг нитными тормозами. Система управления электромагнитным тормозом обеспечивает свободный разгон инструмента под дей ствием силы собственного веса, автоматическое поддержание
236
Рис. 117. Схема управления электромагнитным тормозом ЭМТ-4500 (а) и статические характеристики управления возбудителем (б):
1 — разомкнутой системы; 2 — замкнутой с обратной связью по току возбуждения
заданной установившейся скорости инструмента, интенсивное торможение при подходе к ротору.
На буровых установках 125Э, 125ДГ, 160Э и 160ДГ при меняют электромагнитный тормоз ЭМТ-4500, а на установке 80БрЭ-1 — ферропорошковый электромагнитный тормоз ТЭП4500.
Обмотка возбуждения тормоза ЭМТ-4500 (рис. 117) полу чает питание от однофазного полууправляемого тиристорного преобразователя БВ4, блока управления тиристорным преоб разователем БП и трансформаторов 77/10, 77/11.
В качестве датчика скорости спуска используют тахогенератор 77"4. Назначение обмоток магнитного усилителя: 4Н— 4К — задающая; 5Н—5К — положительная обратная связь по скорости ЭМТ\ 6Н—6К — отрицательная обратная связь по току возбуждения ЭМТ.
Задающая обмотка магнитного усилителя МУ питается от того же СКАЛ, что и задающая обмотка МУ ЭМС. Обмотки переключаются контактами СКАЛ: при повороте рукоятки СКАЛ в положение «вперед» замыкаются контакты в цепи задающей обмотки ЭМС, при повороте рукоятки СКАЛ в
положение «назад» подключается задающая обмотка ЭМТ, а задающая обмотка ЭМС отключается. Для подготовки цепей управления и защиты включаются автоматы £15—£19.
Переключатель устанавливается в положение «ЭМТ», стрела АСП отведена назад, барабан лебедки заторможен.
Нажатием кнопки «пуск» включается реле РЗЛ, которое своим замыкающим контактом включает ££2, благодаря чему отключается аварийное торможение. Однако барабан лебедки остается заторможенным ручным тормозом. В исходном поло жении схемы реле РКТ, РВТ, РК.О, РКС и РЗЛ втянуты, вентиль ££2 включен, командоаппарат находится в нулевом
положении.
Переключатель УП5, имеющий пять положений, установлен в положении желаемой скорости спуска: первое положение — минимальная скорость (для спуска колонны большой массы); пятое положение — максимальная скорость (для спуска ко лонны малой массы и порожнего талевого блока). Сила тока возбуждения ЭМТ равна нулю, так как управляющие сигналы МУ равны нулю.
Колонна снята с клиньев и удерживается ручным тормозом. Чтобы начался спуск, необходимо растормозить барабан, ос тавляя рукоятку СКАЛ в нулевом положении. Начальное ус корение колонны при разгоне под действием силы собствен ного веса велико, так как сила тока возбуждения и момент ЭМТ равны нулю. По мере увеличения скорости начинает дей ствовать положительная обратная связь по скорости (5#—5К) , при этом сила тока возбуждения и тормозной момент увели чиваются. Разгон происходит до тех пор, пока момент тормоза не станет равен моменту от веса колонны, после чего скорость установится. Чем меньше сопротивление резистора РД28, за висящее от положения УПЪ, тем меньше установившаяся ско рость спуска.
При приближении талевого блока к ротору необходимо перевести рукоятку СКАЛ в какое-либо положение «назад», при этом блок-контакты СКАЛ замыкают цепь обмотки 4Н— 4К и по этой цепи протекает ток тем больший, чем больше угол поворота рукоятки СКАЛ. Сила тока возбуждения и мо мент тормоза увеличиваются, вращения барабана и колонны замедляются до тех пор, пока момент ЭМТ не станет равным моменту веса колонны. С помощью ЭМТ полностью остано вить колонну невозможно, поэтому на малой скорости барабан лебедки останавливают вручную механическим тормозом.
После остановки инструмента рукоятка СКАЛ возвращается в прежнее положение. Схемой предусмотрены защиты и блоки ровки. При срабатывании любой из них реле РЗЛ отключа ется и размыкает цепь вентиля ££2, который автоматически включает механический тормоз на барабан лебедки. Защита и блокировка системы заключаются: в контроле максимальной скорости спуска — якорь реле РКС втягивается, когда ско-
238
ло
Рис. 118. Схема управления электромагнитным ферропорошковым тормозом ТЭП-4500
рость движения колонны превысит максимально установлен ную; контроле охлаждения тормоза — при исчезновении на дви гателе М2 насоса охлаждения отключается реле РКО\ кон троле напряжения на первичной обмотке трансформатора пи тания тиристорного преобразователя ЭМТ — при исчезновении тока реле РКТ отключается. Для экстренного торможения ин струмента следует нажать кнопку «стоп» на корпусе СКАЛ — в этом случае реле P3J1 отключается.
Отличие системы управления тормозом ТЭП-4500 от описан ной состоит в том, что ферропорошковый тормоз наряду с тор можением инструмента при спуске обеспечивает также подачу его за собой в процессе бурения в режиме регулятора подачи долота. Две обмотки возбуждения электромагнитного ферропорошкового тормоза (рис. 118) соединены последовательно и подключены к трехфазному силовому магнитному усилителю через выпрямительный мост. Когда переключатель режима ра боты тормоза установлен в положении «спуск», схема обес печивает полуавтоматический режим спуска бурильного инст румента с заданной скоростью аналогично описанной схеме управления электромагнитным индукционным тормозом ЭМТ4500. Скорость спуска выбирают при помощи переключателя и стабилитронов СтЗ—Ст8 (всего семь ступеней скорости).
При превышении допустимой скорости спуска контактом реле контроля скорости РКС отключается электропневматический клапан ЭМ, при этом автоматически включается механи ческий тормоз лебедки.
Когда переключатель установлен в положение «бурение», инструмент с малой скоростью плавно подается на забой. Ско рость подачи устанавливается вручную посредством регулируе мого резистора Р6. Схема управления электромагнитным ферропорошковым тормозом предусматривает защиту и блоки ровку системы, аналогичные защите и блокировке в схеме уп равления ЭМТ-4500.
Электропривод буровых насосов
При турбинном бурении турбина получает энергию от по тока глинистого раствора, нагнетаемого в скважину по тру бам насосами.
В бурении применяют поршневые насосы со сменными ци линдровыми втулками, позволяющими в заданных пределах изменять подачу насоса при постоянном числе ходов поршней в 1 мин. Момент, развиваемый на приводном валу, при опре деленных парметрах бурения связан параболической зависи мостью с угловой скоростью этого вала. В начале бурения скважины давление, создаваемое насосом, невелико. По мере углубления скважины вследствие увеличения гидравлического сопротивления бурильных труб увеличивается и давление на выходе насоса, величина которого ограничена условиями проч-
240