ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЛЕБЕДКИ ДЛЯ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Изначально на буровые установки массово устанавливался дизельный привод, который был вытеснен электрическим. Применение асинхронного электропривода с реостатным регулированием позволило упростить кинематические схемы главных механизмов. В дальнейшем с целью улучшения технологических режимов бурения были разработаны и широко используются до настоящего времени регулируемые электроприводы постоянного тока по системе тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д).

Бурное развитие частотного управления асинхронных электроприводов, стало основой для разработки электроприводов по системе преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ-АД) для буровых установок.

Электроприводы по такой схеме являются довольно дорогими и сложными устройствами. Разработкой и поставкой таких электроприводов зачастую занимаются зарубежные фирмы (ABB, Bentec) и поэтому целесообразнее использовать более простые схемы асинхронных электроприводов, которые удовлетворяют требованиям механизмов буровых установок.

Достаточно перспективным является асинхронный электропривод, в цепь выпрямленного тока ротора которого включен импульсный регулятор, благодаря чему в замкнутых системах при использовании различных обратных связей можно реализовать автоматическое регулирование координат электропривода (тока двигателя, момента, скорости, ускорения, пройденного пути и т.д.).

Применение  асинхронного электропривода  с импульсным регулятором позволяет использовать двигатели с фазным ротором на номинальное напряжение 6 кВ, благодаря чему повышается КПД электропривода, так как исключается преобразователь из схемы питания двигателя. 

На рис. 1 приведена схема разрабатываемого асинхронного электропривода. В цепь ротора  асинхронного двигателя М включен неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель UZ, к выходу которого подсоединен импульсный регулятор ИР. Параллельно ему, через отсекающий диод VD и LC-фильтр, – ведомый сетью инвертор UV с трансформатором Т.

Рисунок 1. Асинхронный электропривод с импульсным регулятором и рекуперацией энергии скольжения в сеть

Регулирование среднего значения тока ротора путем формирования скважности и частоты отпирания и запирания ИР, позволяет регулировать момент, скорость и других координаты электропривода.

Задача инвертора в этой схеме - рекуперация энергии скольжения в сеть. Инвертор  постоянно работает с неизменным минимальным углом опережения отпирания тиристоров β_мин. Это обеспечивается максимальное значение ЭДС инвертора и минимальное потребление инвертором из сети реактивной мощности, что повышает коэффициент мощности электропривода.

В схеме электропривода применяется динамическое торможение с самовозбуждением и рекуперацией энергии в сеть. В этом режиме контакты КМ разомкнуты, а КМD  замкнуты. Для уменьшения доли выпрямленного тока ротора Id, предусмотрен резистор R, который при размыкании КМ и замыкании КМD подключается параллельно статорной обмотке.

Запас кинетической энергии движущихся масс, а также запасы потенциальной энергии висящих грузов, в режиме динамического торможения,  преобразуются в электрическую энергию и за вычетом потерь в активных сопротивлениях возвращаются в сеть, что повышает цикловой КПД электропривода.  

Результаты моделирования переходных процессов пуска и торможения рассматриваемого электропривода представлены на рис.2. На графиках изображены: угловая скорость двигателя ω, 1/c; электромагнитный момент двигателя M, Н·м; выпрямленный ток ротора Id, А.  В качестве приводноо двигателя используется асинхронный двигатель с фазным ротором АКБМ-630-8УХ2, имеющим технические данные: Р_н=560кВт; n₀=750об/мин; U_1н=6000В; U_2н=865В; I_1н=67А; I_2н=335,6А. Е_d0=1,35U_2н.=1167,7В.

График переходных процессов показывает то, что разработанный электропривод точно отрабатывает график пуска на пониженную и основную скорость, а также динамическое торможение с самовозбуждением при заданном ускорении и по регулировочным свойствам не уступает асинхронным электроприводам с частотным регулированием и электроприводам постоянного тока.

Рисунок 2. Результаты моделирования переходных процессов

Электропривод с импульсным регулятором гораздо проще и дешевле, имеет лучшие энергетические и массогабаритные показатели по сравнению с электроприводами постоянного тока по системе ТП-Д и внедряемыми асинхронными электроприводами с частотным управлением.

Благодаря простоте асинхронного электропривода  с импульсным регулятором, можно модернизировать действующие буровые установки с реостатным регулированием, необходимо лишь включить в роторную цепь выпрямитель и транзистор IGBT с микропроцессорной системой управления. В случае выхода из строя одного из вышеперечисленных элементов, можно быстро выйти из аварийного положения, путем обратного перехода к реостатному регулированию.

Список литературы:

1. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. Учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – 373 с.
2. Данилов П.Е. Крановый асинхронный электропривод с импульсным регулятором в роторной цепи. Учебное пособие. – Смоленск: филиал ГОУ ВПО «МЭИ(ТУ)» в г. Смоленске, 2005. – 92 с.
3. Данилов П.Е. Теория электропривода.: монография / П.Е. Данилов, В.А. Барышников, В.В. Рожков. – Смоленск, 2014. – 348 с.
4. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 576 с.