2.5.2. Нерегулируемый эп буровых насосов.
Применяются синхронные двигатели, рассчитанные для эксплуатации в неотапливаемых помещениях с нормальной средой, при температуре окружающего воздуха от -40 до + 40 0С и относительной влажности 90% при 20 0С (исполнение У2). Двигатели брызгозащишенные с влагостойкой изоляцией, с самовентиляцией; наверху корпуса двигателя смонтирован возбудитель, связанный клиноременной передачей с валом двигателя. Номинальное напряжение двигателя 6 кВ, частота вращения 750 об/мин.
Двигатель снабжен грелкой для обогрева обмотки при перерывах в работе в зимнее время. Так как условия пуска двигателя бурового насоса сравнительно легкие (момент статического сопротивления на валу двигателя составляет примерно 20% от номинального момента двигателя, а время разгона составляет (3-4 сек) в схеме предусмотрен прямой пуск двигателя с наглухо подключенным возбудителем. Для повышения устойчивости двигателя насоса при снижении напряжения предусмотрено форсирование возбуждения двигателя. После восстановления напряжения сети до номинального значения форсирование возбудителя автоматически снимается.
Защита двигателя от перегрузок и асинхронного режима осуществляется с помощью токовых реле.
Наличие в приводе электромашинного возбудителя, имеющего щеточный контакт, приводит к снижению надежности привода. Кроме того, двигатели СДЗ, СДЗБ, СДБ не предназначены для работы в условиях холодного климата. Поэтому
в последнее время начали применять бесщеточные СД серии СДБО, предназначенные как для привода бурового насоса, так и для привода буровой лебедки. Управление возбуждением возбудителя и двигателя осуществляется с помощью автоматического регулятора по заданному закону.
СД не допускают частых включений и отключений, поэтому для оперативного отсоединения вала ЭД от бурового насоса используют электропорошковые муфты. Применение муфт позволяет запускать двигатель на холостом ходу, а также защищает СД от работы в асинхронном режиме при больших нагрузках или колебаниях напряжения сети.
2.5.3. Регулируемый эп буровых насосов.
2.5.3.1. Каскадные схемы.
В небольших пределах регулирование скорости электродвигателя буровых насосов можно осуществлять при применении асинхронных двигателей (АД) с фазным ротором при помощи включении в цепь ротора регулировочных реостатов. Однако такое регулирование сопровождается значительными потерями мощности ΔPs в регулировочных реостатах. Эту мощность потерь называют мощностью скольжения, так как ее величина пропорциональна величине скольжения S, а именно ΔPs= S·Рном. При снижении скорости на 20…30% скольжение становится равным 0,2…0,3 и потеря мощности в пусковых реостатах достигнет также 20…30%. Поэтому в настоящее время реостатный способ регулирования скорости АД не применяется.
В новых буровых установках вместо регулировочных реостатов в цепь ротора асинхронного двигателя включают вспомогательные аппараты. В этих аппаратах энергия скольжения используется для питания каких-либо потребителей электрической энергии, включенных в цепь ротора. Такие схемы включения АД называют каскадными.
В буровой установке Уралмаш 5000Э применен вентильно-машинный каскад (рис. 12, а). В цепь ротора приводного асинхронного двигателя АД включен выпрямитель В и двигатель постоянного тока ДПТ. Энергия скольжения ΔPs в выпрямителе В преобразуется в энергию постоянного тока и используется для питания двигателя постоянного тока, который в свою очередь в БУ-5000Э используется для привода роторного стола. Скорость вращения приводного АД регулируется реостатом R в цепи обмотки возбуждения ДПТ. При перемещении движка реостата R изменяются ток возбуждения Iв, магнитное поле возбуждения, а также противо-ЭДС Е, наводимая в обмотке якоря ДПТ. При изменении противо-ЭДС Е будет изменяться и ток, протекающий под действием энергии скольжения по обмотке ротора АД через выпрямитель и якорь двигателя постоянного тока.
Рис. 12. Каскадные схемы электропривода бурового насоса.
Чем больше Iв, тем больше Е, тем меньше ток в обмотке ротора АД и тем меньше скорость его вращения. Схема обеспечивает изменение скорости вращения АД на 40% выше от номинальной.
Для новых буровых установок (БУ-3200, ЭУК-2М) разработано комплектное устройство ШДГ-6704, которое предназначено для пуска и регулирования скорости асинхронного двигателя типа АКСБ по схеме асинхронного вентильного каскада (рис. 12, б). Такой каскад отличается от предыдущего тем, что вместо ДПТ установлен тиристорный преобразователь (инвертор UZ2). От управляемого выпрямителя UZ1 к инвертору подводится постоянный ток, который преобразуется в переменный ток с частотой 50 Гц. Этот переменный ток может использоваться для питания любого потребителя электрической энергии, в том числе и для питания самого приводного АД. Скорость вращения АД зависит от выходного тока выпрямителя UZ1, который в свою очередь изменяется с помощью сельсинного командоаппарата СКАР (Р – регулировочный), установленного на пульте бурильщика и подключенного через систему управления СУ к управляющим выходам тиристоров инвертора. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением противо-ЭДС инвертора UZ2.
Рассмотренный асинхронно-вентильный каскад позволяет изменять скорость двигателя бурового насоса на 50 % вниз от номинальной.
В системе управления электроприводом предусмотрены обратные связи по скорости, с помощью которых формируются требуемые механические характеристики (рис. 13).
Рис. 13. Электромеханические характеристики электропривода БН по системе АВК.
Сплошной линией показаны регулировочные характеристики, пунктиром – пусковые; β – угол отпирания тиристоров; Id – выпрямленный ток в цепи преобразователя.