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F320—3DH钻机传动图
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ZJ45J 钻机传动图
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三、电动钻机的驱动与传动方式
电动钻机大都采用单独驱动或分组驱动的方式，要点如下：
1、采用电力并车——由柴油机带动交流发电机发交流电，通过电网 实现动力并车，集中供电。
2、采用电力传动——并网后的动力（电能形式）通过电缆分配、传 输到驱动各工作机的电动机；
1、绞车对驱动传动的要求 绞车在工作工作过程中的载荷是变化的，每起升一根钻柱，载荷就 变化一次。为了提高起钻速度，必须充分利用绞车所配备的功率。因此， 绞车的理想起升曲线是一条双曲线。（见图） 为了使实际起升曲线尽量接近 理想曲线，绞车对驱动传动设 备的要求是： 1）要有高度的柔特性，能实现 无级调速，且调速范围宽；
力矩方向恒定：由于换向器的存在，使得电枢绕组旋转到 某位置时，导体内的电流方向恒定，从而电磁力方向恒定，电 磁力矩方向也就恒定了。
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2、直流电动机的固有机械特性 固有机械特性—直流电动机在电枢电压、磁场磁通为额定 值时，其转速 n 随转矩 M 而自动变化的关系。用曲线表示，
则称固有机械特性曲线。
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4、直流电动机的启动控制
1）直流电动机的启动控制的目的 电动机由静止到稳定运转这一过程叫“启动”。 从直流电动机的固有机械特性曲线可以看到：当转速 n = 0时，电动 机的电磁力矩 T 很大，从电磁力矩公式
T CT I a
CT 转矩常数； 每极磁通量； I a 电枢绕组电流
段时间后才闭合。
接触器： KM1——控制电枢电源； KM2、 KM3——控制电机启动； KM4——控制能耗制动。
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2）反接制动
反接制动分为两种： （1）倒拉反接制动——保持电枢输入电压不变，在电枢电路中串入 电阻，得到较低的转速，从而达到使位能性负载低速下放的目的。 注：由于此时电动机的实际旋转速度低于由负载自重下拉可能达到
可以看出，力矩大，电流就大，可能导致以下后果： • 烧坏换向器或电枢绕组；
• 造成电网电压波动过大；
• 对机械装置造成过大冲击。 因此，必须控制启动电流。 返回57
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2）直流电动机的启动方法
主要有两种： A）电枢串电阻启动： 在输入电压不变的情况下，在电枢电路中串入电阻，通常采用2—5级 电阻。开始，让全部电阻投入工作，随转速的升高，逐级切除电阻，直 到电机达到额定转速。 B）降低电枢输入电压： 在直流电源电压可调的情况下，调低输入电压，让电机在低电流下启 动，再逐渐增大输入电压，转速也随之增加，直至达到额定值。
3）降低主磁通调速 （a）对于并励和他励直流电动机，通常在励磁电路中串入电阻； （b）对于串励直流电动机，通常在励磁线圈旁并电阻。 若要得到无级调速特性，则采用可调电阻； 若要得到有级调速特性，则采用有级电阻。
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6、直流电动机的制动控制
直流电动机的制动过程有两种情况： A）使电机由运动状态尽快停止；
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2、特点 （1）具有人为的柔特性，调速范围宽，可实现无级调速， 绞车、钻盘只需设少量的机械档； （2）简化了传动系统，传动效率大大提高，总传动效率 可提高10%以上； （3）采用电子调速，可使柴油机稳定在最佳运转工况， 寿命延长（大修周期延长80%），燃油消耗降低（降低18〜 20%）； （4）钻机体积、重量大大减小，搬迁、安装更为简单； 用直流电动机驱动，启动能力强。
生电流，该电流方向与原来电枢电源的电流方向正好相反，从而产生 与旋转方向相反的电磁力矩，阻止转子继续旋转，实现制动。
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控制电路 这里以他励直流电动机单向运行能耗制动控制电路为例。
电路特点：串二级电阻启动；能耗制动 电路中的主要控制元件介绍如下： 继电器： 过电流继电器KOC——当穿过线圈的电流超过调定电流值时，继电器动
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二、机械钻机的驱动与传动方式
机械钻机采用统一驱动的方式，要点如下： 1、利用机械零件将几台柴油机的动力合并起来——并车； 2、利用机械零件将并车后的动力分配、传递到各工作机——传动； 3、利用机械零件实现工作机转速、转向的调节——调速及控制。 注： 1、改变柴油机的喷油量，增加了调速的范围和速度变化的连续性； 2、利用机械零件——链条、皮带、齿轮、万向轴等。 3、并车方式：带有液力传动装置（变矩器、偶合器）的，采用链条 并车；不带液力传动装置的，采用皮带并车。 见传动图
2）动力机短期过载能力强。
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2、转盘对驱动传动的要求 在钻井过程中，为适应不同的岩层，转盘的转速需要较大范围的调
节。在处理井下事故时，还要求微调转速，并且能够倒转。当偶然卡钻
时，具有过载保护能力。 为满足钻井工艺的上述需要，转盘对驱动传动的要求是：
1）要有一定的柔特性，调速范围较宽；
2）要设一定的机械档（包括倒档）； 3）能够无几级微调转速。
B）他励直流电动机串电阻启动控制电路（见下页图）
继电器：时间继电器KT1、KT2——线圈通电时，瞬间断开；线圈 断电时，延时一段时间后才闭合。
接触器：KM1、KM2、KM3
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5、直流电动机的调速控制
前面已经谈到，直流电动机调速方法有三种。
1）电枢电路中串电阻
该方法一般用于中小功率场合。 若串入有级电阻，则可以实现有级调速； 若串入可变电阻，则可以实现无级调速。
作；当穿过线圈的电流低于调定电流值时，继电器回复。
欠电流继电器KUC——当穿过线圈的电流低于调定电流值的一定比例时，
继电器线圈产生的吸引力不足以克服弹簧力，继电器回复。
电压继电器KV——感受并联两端电压而动作，当电压过低时，回复。 时间继电器KT1、KT2——线圈通电时，瞬间断开；线圈断电时，延时 一
3、采用电子控制调速——改变电动机的输入参数实现工作机转速、 转向的调节。
注： 1、柴油机工作状态稳定在最佳范围； 2、减少了大量的机械零件； 3、对AC—SCR—DC 电驱动钻机、 AC—CF—AC 电驱动钻机，调速方 式不同。
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四、电动钻机在驱动与传动方式上与机械钻机 的区别及特点 1、区别 机械钻机与电动钻机在驱动与传动方式上的区别主要体 现在并车、传动、调速三个方面，前面已经叙述。
绞车和转盘的要求。但是， 当载荷很小时，转速过高， 有“飞车”危险，通常不适合 用链条、皮带传动。但是， 现在自动控制技术水平的提 高，该类电动机也在电动钻 机上开始使用。
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3、直流电动机的调速方法及人为机械特性
人为机械特性：人为地改变直流电动机某些参数而获得的机械特性。通 常也称：调速特性。 直流电动机的基本调速方式有：（以他励直流电机为例） 1）在电枢电路中串电阻调速（见曲线） 特点：空载转速不变；转速只能下调；转速越低，特性越软； 调速方便；调节电阻长期耗电，不经济。 适用场合：中小功率电机。石油钻机不适用。 2）降低电枢电压调速（见曲线） 特点：转速只能下调；硬特性不变（固有特性曲线平移）； 调速方便；调速范围大；经济性好。 可适用场合：石油钻机。 3）在励磁电路中串电阻调速（见曲线） 特点：转速只能上调；随所串电阻增大，特性变软； 调速方便；经济性较好。转速不得超过额定值的20%。 可适用场合：石油钻机。
《石油钻机电力驱动》
讲授：周秋沙
第一章 钻机的驱动与传动
第二章 第三章 电力驱动 典型钻机的电力驱动与传动
第一章 钻机的驱动与传动
主要内容： 一、石油钻机的三大工作机对驱动传动的要求
二、机械钻机的驱动与传动方式
三、电动钻机的驱动与传动方式
四、电动钻机在驱动与传动方式上与机械钻机的
区别及特点
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一、石油钻机的三大工作机对驱动传动的要求
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3、泥浆泵对驱动传动的要求 正常工作时，在不会造成井壁冲蚀的前提下，为了提高钻进速度，要充 分利用所配泵的功率。 在理想情况下，泵的排量与泵压的关系曲线为一双曲线。 在实际操作中，为使泵不至于超载，通常采用换缸套的办法。该办法对 泵的功率利用率较低。
在处理井喷事故时，有 时要求微调泵的排量。 为满足上述要求，泵对 驱动传动的要求是： 1）动力机要有足够 的过载能力； 2）动力机具有一定 的柔特性。
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3) 工作原理： 利用 “通电导体在磁场中受到电磁力的作用” 这一原理工 作。
（见下图）
磁场：大中型直流电动机采用电磁场——给主磁极绕组(定 子绕组)通以直流电，从而产生稳定的磁场。 通电导体：电枢绕组经过换向器导入直流电流。 电磁力矩：通电导体分布在圆形转子周围，相对于转动轴
心有一半径，通电导体受到的电磁力，产生相对于转轴的力矩。
现为一条近似的双曲线。
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直流电动机的优点：调速方便；启动力矩大。
缺点：价格高、维护困难。 1）并励、它励直流电动机的固有机械特性
并励、它励直流电动
机的固有机械特性均为硬 特性。 固有机械特性见右图。
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2）串励直流电动机的固有机械特性
串励直流电动机的固有机械特性为 柔特性。 该特性很好，满足钻机的
B）使电动机由快速运动状态尽快转为慢速运转状态。
直流电动机的制动方式主要两种有： A）能耗制动； B）反接制动。
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1）能耗制动
基本原理：将正在运转电机的电枢电源切断，同时在电枢电路中 接入制动电阻，构成闭合回路；而励磁电路则不变，主磁场仍然存在。
此时，由于转子凭借惯性在旋转，电枢线圈在磁场中切割磁力线，产
注：该方法通常与启动控制电路同时考虑。
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2）改变电枢电路的输入电压
该方法需要可调直流电源。
获得可调直流电源的方法有两种： 一是靠直流发电机；
二是利用晶闸管将交流电转化为可调直流电：通过触发电路控制
晶闸管的导通角，从而改变直流电压。（在变流技术一课中讲）。 目前大都采用后者。石油钻机就是这样。
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的速度，所以称 “倒拉反接制动”