1、第三章第三章 我國(guó)常用鉆機(jī)我國(guó)常用鉆機(jī)第二節(jié)第二節(jié) 電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī) 海洋鉆機(jī)全為電驅(qū)鉆機(jī)；陸用深井鉆機(jī)，海洋鉆機(jī)全為電驅(qū)鉆機(jī)；陸用深井鉆機(jī)，電驅(qū)電驅(qū)日益日益增多增多。 電驅(qū)鉆機(jī)電驅(qū)鉆機(jī)工作機(jī)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作機(jī)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。 一、分類一、分類 1. 1. 交流電驅(qū)鉆機(jī)交流電驅(qū)鉆機(jī)：即交流發(fā)電機(jī)（或工業(yè)電網(wǎng)）即交流發(fā)電機(jī)（或工業(yè)電網(wǎng)）交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（ACACACAC）；）；（A Alternatelternate C Currenturrent）“陸地鉆機(jī)，已不采用陸地鉆機(jī)，已不采用” 2. 2. 直流電驅(qū)鉆機(jī)直流電驅(qū)鉆機(jī)：即直流發(fā)電機(jī)：即直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)

2、動(dòng)（DCDCDCDC）；( (D Directirect C Current)urrent)“海洋、陸地深井海洋、陸地深井” 3.3. 可控硅整流直流電驅(qū)鉆機(jī)可控硅整流直流電驅(qū)鉆機(jī)：即交流發(fā)電：即交流發(fā)電機(jī)機(jī)可控硅整流可控硅整流直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（ACSCRDCACSCRDC）；）；( (A Alternatelternate C CurrenturrentS Silicon(ilicon(硅硅) ) C Controlledontrolled RectifierRectifier（整流器）（整流器）) )逐漸由逐漸由SCR SCR 代替代替DCDCDCDC。【用直流電機(jī)調(diào)速好用直流

3、電機(jī)調(diào)速好】4.4. 正在發(fā)展交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，正在發(fā)展交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，即交即交流發(fā)電機(jī)流發(fā)電機(jī)變頻調(diào)速器變頻調(diào)速器交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 五年前，海、陸幾乎全用五年前，海、陸幾乎全用ACSCRDCACSCRDC電電驅(qū)鉆機(jī)。有了大功率交流變頻調(diào)速器，交流驅(qū)鉆機(jī)。有了大功率交流變頻調(diào)速器，交流電驅(qū)鉆機(jī)會(huì)增多。電驅(qū)鉆機(jī)會(huì)增多。二、二、 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1. 1. 傳動(dòng)效率高傳動(dòng)效率高，較機(jī)傳高較機(jī)傳高16%16%； 2.2. 無(wú)級(jí)變速無(wú)級(jí)變速（在某機(jī)械檔下，無(wú)級(jí)變速）；在某機(jī)械檔下，無(wú)級(jí)變速）； 3.3. 簡(jiǎn)化傳動(dòng)、控制簡(jiǎn)化傳動(dòng)、控制，易裝調(diào)整，易裝調(diào)整，自動(dòng)保護(hù)自動(dòng)保護(hù)。 【 20072

4、007年年1111月月1616日，在寶石機(jī)械日，在寶石機(jī)械7070華誕之際，國(guó)家華誕之際，國(guó)家“863863”計(jì)劃重點(diǎn)課題項(xiàng)目計(jì)劃重點(diǎn)課題項(xiàng)目我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的的1200012000米特深井石油鉆機(jī)在該公司研制成功。米特深井石油鉆機(jī)在該公司研制成功。 12001200米米鉆機(jī)鉆機(jī)是國(guó)內(nèi)外第一臺(tái)陸地用是國(guó)內(nèi)外第一臺(tái)陸地用1200012000米米交流變頻交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。 山東科瑞石油裝備公司山東科瑞石油裝備公司,2009,2009年年1010月生產(chǎn)出月生產(chǎn)出90009000米交米交流變頻鉆機(jī)流變頻鉆機(jī). . 勝利油田高原石油裝備有限責(zé)任公司勝利油田高

5、原石油裝備有限責(zé)任公司 ,20102010年年8 8月月生生產(chǎn)出產(chǎn)出90009000米交流變頻鉆機(jī)米交流變頻鉆機(jī). .】三、三、ZJ60DZJ60D鉆機(jī)鉆機(jī)ZJ60DZJ60D國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)鉆機(jī), ,是第一臺(tái)是第一臺(tái)6000m6000m級(jí)級(jí)SCRSCR電驅(qū)鉆機(jī)電驅(qū)鉆機(jī)，蘭石廠制，蘭石廠制造，造，19871987年年3 3月通過(guò)鑒定，傳動(dòng)系統(tǒng)如圖月通過(guò)鑒定，傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3-73-7。1. 1. 動(dòng)力動(dòng)力四臺(tái)四臺(tái)PZ12V190BPZ12V190B柴油機(jī)柴油機(jī)交流交流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)；（在（在1500r/min1500r/min時(shí)，動(dòng)力時(shí)，動(dòng)力4 4700kW700kW）通過(guò)通過(guò)SCRSCR(AC(AC

6、 SCRDC) SCRDC)變換變換；驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)7 7臺(tái)臺(tái)GE752R GE752R （736kW736kW）直流電機(jī)直流電機(jī)； 單單獨(dú)獨(dú)驅(qū)驅(qū)動(dòng)各動(dòng)各工作機(jī)工作機(jī)組。組。2 2配套設(shè)備配套設(shè)備SL-450SL-450（450tf450tf）水龍頭；）水龍頭；ZP375ZP375轉(zhuǎn)盤(pán)，（開(kāi)口直徑轉(zhuǎn)盤(pán)，（開(kāi)口直徑37.537.5”，952.5mm952.5mm）；）； 兩臺(tái)兩臺(tái)3NB-13003NB-1300或或3NB-16003NB-1600鉆井泵；鉆井泵；閉式絞車(chē)閉式絞車(chē)，功率，功率1470kW(20001470kW(2000馬力馬力) )，帶槽滾筒帶槽滾筒，強(qiáng)制水冷；強(qiáng)制水冷；通風(fēng)型胎式低速離

7、合器；通風(fēng)型胎式低速離合器；配配DS-60DS-60（電剎（電剎6000m6000m）電磁渦流輔助剎車(chē)；電磁渦流輔助剎車(chē)；（電剎：有左、右定子通直流電產(chǎn)生固定磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)（電剎：有左、右定子通直流電產(chǎn)生固定磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流，兩磁場(chǎng)作用產(chǎn)生制動(dòng)力矩）子在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流，兩磁場(chǎng)作用產(chǎn)生制動(dòng)力矩） 鉆頭自動(dòng)鉆頭自動(dòng)送進(jìn)送進(jìn)裝置裝置。 7.5m7.5m高鉆臺(tái)高鉆臺(tái)（有效高度（有效高度5.6m5.6m），可容納全套），可容納全套防噴器。防噴器。 可可低位安裝低位安裝55t55t重重絞車(chē)絞車(chē)。 塔架塔架，高度，高度44.8m44.8m，（也可配前開(kāi)口井架）。，（也可配前開(kāi)口井架）。 集中控制集中控制

8、、保護(hù)系統(tǒng)。、保護(hù)系統(tǒng)。 如如司鉆可操作絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵、渦流剎車(chē)、司鉆可操作絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆井泵、渦流剎車(chē)、自動(dòng)送鉆等，控制集中在司鉆臺(tái)上自動(dòng)送鉆等，控制集中在司鉆臺(tái)上。司鉆可選合適。司鉆可選合適的鉆井參數(shù)、最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況。的鉆井參數(shù)、最佳運(yùn)轉(zhuǎn)工況。 3. 3. 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)方案絞車(chē)用兩臺(tái)電機(jī)；每臺(tái)泵用兩臺(tái)電機(jī)；轉(zhuǎn)盤(pán)用一臺(tái)絞車(chē)用兩臺(tái)電機(jī)；每臺(tái)泵用兩臺(tái)電機(jī)；轉(zhuǎn)盤(pán)用一臺(tái)電機(jī)。電機(jī)。共共7 7臺(tái)直流電機(jī)臺(tái)直流電機(jī)。絞車(chē)：絞車(chē)：四軸四軸輸入、變速、貓頭（有撈砂筒）、滾輸入、變速、貓頭（有撈砂筒）、滾筒軸。筒軸。撈砂筒：撈砂筒：井中積砂，下筒撈砂。井中積砂，下筒撈砂。過(guò)橋軸：過(guò)橋軸：動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)自

9、配電機(jī)。動(dòng)力傳給轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)自配電機(jī)。四個(gè)機(jī)械檔四個(gè)機(jī)械檔：輸入軸兩鏈輪，傳動(dòng)軸分兩路去主滾輸入軸兩鏈輪，傳動(dòng)軸分兩路去主滾筒軸。筒軸。 i=11.7i=11.7，7.27.2，4.754.75，2.932.93 n=94 n=94，153153，231231，375375 n n電電1100r/min1100r/min注：鏈輪，注：鏈輪，27T27T，T-T-齒（齒（ToothTooth）2 2”P(pán) P，P P節(jié)距節(jié)距（PitchPitch）。）。4. ZJ60D4. ZJ60D鉆機(jī)總特點(diǎn)鉆機(jī)總特點(diǎn)6000m;ACSCRDC 76000m;ACSCRDC 7臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)；塔架或前開(kāi)臺(tái)電機(jī)分別

10、驅(qū)動(dòng)；塔架或前開(kāi)口井架；四軸閉式絞車(chē)，帶槽滾筒，有撈砂筒；電磁口井架；四軸閉式絞車(chē)，帶槽滾筒，有撈砂筒；電磁渦流剎車(chē)。渦流剎車(chē)。四、四、ZJ45DZJ45D叢式井叢式井鉆機(jī)鉆機(jī)ZJ45DZJ45D國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)，是第一臺(tái)成套電驅(qū)動(dòng)叢式井鉆機(jī)。鉆機(jī)，是第一臺(tái)成套電驅(qū)動(dòng)叢式井鉆機(jī)。1.1.采用采用AC-SCR-DCAC-SCR-DC電驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)只需電，動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)只需電纜連接。纜連接。2.2.三臺(tái)三臺(tái)柴油機(jī)柴油機(jī)PZ12V190BPZ12V190B驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī); ;3.3.六臺(tái)六臺(tái)可控硅整流可控硅整流柜；柜；4.4.六臺(tái)六臺(tái)直流電機(jī)直流電機(jī)：絞車(chē)用：絞車(chē)用2 2臺(tái)；

11、兩臺(tái)鉆井泵各用兩臺(tái)；兩臺(tái)鉆井泵各用兩臺(tái)。臺(tái)。5. 5. 配配鉆機(jī)移動(dòng)鉆機(jī)移動(dòng)系統(tǒng)（叢式井）。系統(tǒng)（叢式井）。叢式井叢式井: :油井象叢林一樣布置油井象叢林一樣布置, ,目的是開(kāi)采不同深度的油層目的是開(kāi)采不同深度的油層. .第三節(jié)第三節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性 一、一、 電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能 1. 1. 機(jī)械特性機(jī)械特性 電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速n n與電磁與電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩M M之間變化之間變化關(guān)系。關(guān)系。 2. 2. 特性硬度特性硬度 電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩改變轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩改變的變化程度的變化程度。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n不隨轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)矩M M變，變，為為特硬特性特硬特性； n n隨隨M M增加而下降較小增

12、加而下降較小，為，為硬特性硬特性； n n隨隨M M增加而加速下降，增加而加速下降，為為軟特性軟特性。3. 3. 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性電機(jī)的電壓、頻率電機(jī)的電壓、頻率（交流）（交流）、勵(lì)磁電流為額定值、勵(lì)磁電流為額定值，無(wú)附加電阻無(wú)附加電阻，具有的特性。具有的特性。4. 4. 人為特性人為特性人為人為調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電壓、頻率、電流電壓、頻率、電流所所得到的特性，得到的特性，稱稱人為特性人為特性（無(wú)級(jí)變速由此而來(lái)）（無(wú)級(jí)變速由此而來(lái)）。二、交流電機(jī)特性二、交流電機(jī)特性（固有固有）1.1. 同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)（1 1）定義）定義轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（n n）與）與（定子）（定子）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁

13、場(chǎng)轉(zhuǎn)速（n n0 0）相同相同（通交流電）（通交流電），故，故稱同步稱同步電機(jī)電機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子（2 2）特硬特性：）特硬特性：n n不隨不隨M M（扭矩）（扭矩）而變而變。 （ n n0 0 ）只與只與電流頻率電流頻率f f、磁極對(duì)數(shù)磁極對(duì)數(shù)p p有關(guān)。有關(guān)。pfnn600磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（3 3）工作原理工作原理：定子：定子繞組繞組通交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組繞組通直流通直流電電形成形成直流直流勵(lì)磁磁場(chǎng)勵(lì)磁磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)相互，兩磁場(chǎng)相互作用，作用，使使轉(zhuǎn)子被轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖（吸）著以同步旋轉(zhuǎn)，（吸）著以同步旋轉(zhuǎn)，即即

14、n=nn=n0 0 。 同步電機(jī)啟動(dòng)性能同步電機(jī)啟動(dòng)性能差差（用于不常啟動(dòng)、不變（用于不常啟動(dòng)、不變速場(chǎng)合）速場(chǎng)合）用于鉆井泵。用于鉆井泵。 同步電機(jī)同步電機(jī)有恒有恒定轉(zhuǎn)定轉(zhuǎn)速特性速特性。（f f，P P一定，一定，n0n0定值。）定值。） 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（4 4）同步電機(jī)同步電機(jī)：異步啟動(dòng)異步啟動(dòng)同步啟動(dòng)同步啟動(dòng) 轉(zhuǎn)子、定子同時(shí)通電，由于轉(zhuǎn)子、定子同時(shí)通電，由于轉(zhuǎn)子磁極固定轉(zhuǎn)子磁極固定，定子為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生，產(chǎn)生忽吸、忽排忽吸、忽排使使平均轉(zhuǎn)平均轉(zhuǎn)矩為零矩為零，不能啟動(dòng)。，不能啟動(dòng)。異步啟動(dòng)異步啟動(dòng) 定子通電形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子通電形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子線圈線圈產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)

15、電流感應(yīng)電流，使，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)，轉(zhuǎn)子再起來(lái)，轉(zhuǎn)子再通直流電通直流電，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)異步啟動(dòng)，同步工作異步啟動(dòng)，同步工作。2. 2. 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)（1 1）定義）定義轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，稱異步電機(jī)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度，稱異步電機(jī)。 （2 2）工作原理）工作原理定子通交流電形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電定子通交流電形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子電流同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生磁力矩。流，轉(zhuǎn)子電流同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生磁力矩。（通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中可以運(yùn)動(dòng)）（通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中可以運(yùn)動(dòng)）。 0nn 定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速：定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速： 定子定子電流電流頻率頻率； 磁磁極極對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)。pfn1060

16、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流頻率為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流頻率為 （與轉(zhuǎn)差有關(guān)）（與轉(zhuǎn)差有關(guān)）2f1000026060)(fSpnnnnnnpf 與與轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 有關(guān)，有關(guān)， ， ， （感應(yīng)電感應(yīng)電流）、流）、 。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：0)1 (nSnpfSnn1060)(pfSnn1060n02fn2I2fSSnn 0轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩：)(202222XSRURKMS式中，式中， 定子相定子相電壓；電壓； 轉(zhuǎn)子相轉(zhuǎn)子相電阻；電阻； 與結(jié)構(gòu)、電源頻率有關(guān)與結(jié)構(gòu)、電源頻率有關(guān)常數(shù)；常數(shù)； 時(shí)轉(zhuǎn)子每相時(shí)轉(zhuǎn)子每相感抗。感抗。U2RK20X0n 與與 關(guān)系關(guān)系： 與與 有關(guān)，有關(guān)，

17、與與 也有關(guān)。也有關(guān)。通過(guò)通過(guò) 把把 與與 建立了關(guān)系。建立了關(guān)系。nMnSMSSMn（3 3）特性）特性屬于硬特性：屬于硬特性：（在額定內(nèi)），（在額定內(nèi)）， 隨隨 增加下降較小；增加下降較小；大于大于 ，下降快些；，下降快些； 停。停。異步電機(jī)異步電機(jī)常用于常用于驅(qū)動(dòng)絞車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)。驅(qū)動(dòng)絞車(chē)和轉(zhuǎn)盤(pán)。nMeMmaxMM 特硬特性特硬特性硬特性硬特性三、直流電機(jī)特性三、直流電機(jī)特性1.1. 直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理定子定子（通直流通直流）形成固定磁極，形成固定磁極，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電樞通電，磁力電樞通電，磁力作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。【左手定則：掌心對(duì)左手定則：掌心對(duì)N,N,四指電流，母指

18、力四指電流，母指力】直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理電樞電樞.定子磁場(chǎng)定子磁場(chǎng) 保證：保證：N N極極下的下的邊電流邊電流總是總是一個(gè)方向一個(gè)方向，S S極極上上的的邊電流邊電流為為一個(gè)方向一個(gè)方向，兩邊受磁力方向形成力兩邊受磁力方向形成力偶電樞才轉(zhuǎn)動(dòng)偶電樞才轉(zhuǎn)動(dòng)。 【由換向器使電流方向改變。由換向器使電流方向改變。】1-1-主磁極主磁極2-2-電樞線圈電樞線圈3 3 、4-4-換向器、換向器、電刷電刷直流電機(jī)的基本原理直流電機(jī)的基本原理2.2. 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與勵(lì)磁方式直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與勵(lì)磁方式 直流電機(jī)按直流電機(jī)按定子繞組定子繞組與與電樞繞組電樞繞組（轉(zhuǎn)子）聯(lián)接（轉(zhuǎn)子）聯(lián)接方式分方式分：

19、直流電機(jī)類型及等效電路直流電機(jī)類型及等效電路（1 1）他勵(lì)直流電機(jī)）他勵(lì)直流電機(jī)定子繞組與電樞繞組分別接到電源上。定子繞組與電樞繞組分別接到電源上。U U電源電壓電源電壓E E電樞感應(yīng)電勢(shì)電樞感應(yīng)電勢(shì)與外加電流或電壓方向總是相反。與外加電流或電壓方向總是相反。他他勵(lì)勵(lì)并勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)aaRIEU（2 2）并勵(lì)并勵(lì)直流電機(jī)直流電機(jī) 定子繞組與電樞繞組定子繞組與電樞繞組并聯(lián)。并聯(lián)。 （3 3）串勵(lì)串勵(lì)直流電機(jī)直流電機(jī) 定子繞組與電樞繞組定子繞組與電樞繞組串聯(lián)。串聯(lián)。 （4 4）復(fù)勵(lì)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)直流電機(jī) 【定子兩套勵(lì)磁繞組。定子兩套勵(lì)磁繞組。】一套與電樞一套與電樞并聯(lián)，并聯(lián)，一套與電樞一套與

20、電樞串聯(lián)。串聯(lián)。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 （通過(guò)公式了解特性）（通過(guò)公式了解特性） 由由 ， 而來(lái)（電工學(xué)中）而來(lái)（電工學(xué)中），naaRIEUnCEeaeaeICRCUn電樞電壓；電樞電壓； 磁通；磁通；電樞電阻電樞電阻； 電樞電流電樞電流；與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)常數(shù)。常數(shù)。 UaReC電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電流的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電流的關(guān)系關(guān)系3. 3. 直流電機(jī)固有特性直流電機(jī)固有特性 （1 1）他或并勵(lì)）他或并勵(lì) 二者性能相近（不考慮電源線路電阻）。二者性能相近（不考慮電源線路電阻）。 具有具有硬特性，硬特性，n n隨隨M M增大變化較小。增大變化較小。電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩M M N.m C C結(jié)構(gòu)常數(shù)結(jié)構(gòu)常數(shù)

21、特性特性（ 與與 關(guān)系關(guān)系）空載轉(zhuǎn)速空載轉(zhuǎn)速（M=0M=0）；載荷轉(zhuǎn)速載荷轉(zhuǎn)速（） aICMnnMCCRCUnmeae020nn0MnM【他、并勵(lì)磁通基本不變，磁通由定子線圈產(chǎn)生他、并勵(lì)磁通基本不變，磁通由定子線圈產(chǎn)生， 與與（定子電流定子電流）有關(guān)有關(guān)， 不變。不變。】 與與 呈線性關(guān)系，曲線稍呈線性關(guān)系，曲線稍向下斜，向下斜，硬特性硬特性。（2 2）串勵(lì)）串勵(lì)屬軟特性，屬軟特性，n n隨隨M M增加而加速下降。增加而加速下降。 )(Mfn MCCRRCUnmefae2（定子）電阻（定子）電阻。由于由于磁通磁通是變化的是變化的，與與呈非線性關(guān)系，呈非線性關(guān)系，屬軟特屬軟特性。性。【他他、并勵(lì)

22、中、并勵(lì)中，（轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流）變不影響）變不影響 （定子電定子電流流），是變的是變的 。】（串勵(lì)中串勵(lì)中本應(yīng)本應(yīng)與與有關(guān)有關(guān)，隨隨變變）每極磁通是電樞電流的函數(shù)，每極磁通是電樞電流的函數(shù)，C C常數(shù)。常數(shù)。fRnMaIfIaIaCIfaII fIaIn（3 3）復(fù)勵(lì)）復(fù)勵(lì)介于并、串聯(lián)之間，介于并、串聯(lián)之間，屬軟特性。屬軟特性。（4 4）適用場(chǎng)合）適用場(chǎng)合串勵(lì)串勵(lì)電機(jī)電機(jī)：適驅(qū)：適驅(qū)動(dòng)動(dòng)絞車(chē)，絞車(chē)，載荷增大，轉(zhuǎn)速自動(dòng)載荷增大，轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。下降，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。并、他并、他勵(lì)電機(jī)勵(lì)電機(jī)：適驅(qū)：適驅(qū)動(dòng)動(dòng)鉆井泵，鉆井泵，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)定速恒轉(zhuǎn)定速恒轉(zhuǎn)矩矩調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。 鉆機(jī)用鉆機(jī)用他勵(lì)他勵(lì)直

23、流直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)（需要需要人工調(diào)人工調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速節(jié)轉(zhuǎn)速） 。他勵(lì)電機(jī)調(diào)速方式：他勵(lì)電機(jī)調(diào)速方式：（1 1）電樞串阻）電樞串阻在電樞中串入可調(diào)電阻，在電樞中串入可調(diào)電阻，保證保證電源電壓電源電壓U U和和勵(lì)磁電流不變勵(lì)磁電流不變。【他勵(lì)電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩關(guān)系為他勵(lì)電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩關(guān)系為: :】nnMCCRCUnmeae02他他勵(lì)勵(lì)4. 4. 直流電機(jī)人為特性直流電機(jī)人為特性(2006.11.11)(2006.11.11)由由使使（載荷轉(zhuǎn)速）變大（載荷轉(zhuǎn)速）變大，特性變軟，滿足，特性變軟，滿足n n隨隨M M增大增大而下降要求。而下降要求。nnMCCRRCUnmea

24、cae02（n n 只能在額只能在額定轉(zhuǎn)速以下）定轉(zhuǎn)速以下）串阻串阻（2 2）降低電樞電電壓）降低電樞電電壓U U使空載速度下降使空載速度下降，不變不變，（他勵(lì)中降壓（他勵(lì)中降壓,磁磁通不變通不變，額定，額定，M M不變）使固有特性不變）使固有特性n nM M曲線曲線下移下移。n ， 不變不變， 才不變才不變； 減小，減小，M M也小也小）fInnMCCRCUnmeae02降壓特性降壓特性aIfIamICMffRNI降壓降壓降壓特性降壓特性（3 3）減弱磁通調(diào)速）減弱磁通調(diào)速改變改變（定子磁通）（定子磁通），使，使、都變都變，而改變特，而改變特性。性。0nnnnMCCRCUnmeae02弱磁實(shí)

25、現(xiàn)：弱磁實(shí)現(xiàn)：保證電樞電壓保證電樞電壓恒定，在恒定，在定子定子電路中電路中串串入入可調(diào)電可調(diào)電阻阻 ，使勵(lì)磁電使勵(lì)磁電流流 減小減小（ ），則磁通減弱。則磁通減弱。fcRfIffRNI弱磁弱磁弱磁特性弱磁特性弱磁特性弱磁特性四、可控硅直流驅(qū)動(dòng)四、可控硅直流驅(qū)動(dòng)ACACSCRSCRDCDC由由柴油機(jī)柴油機(jī)ACAC發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)交流電交流電整流整流DCDC電機(jī)。電機(jī)。1.1. 整流元件整流元件可控硅（可控硅（SCRSCR）。）。（1 1）二極管）二極管（電子、晶體，由一對(duì)（電子、晶體，由一對(duì)PNPN結(jié)構(gòu)成）結(jié)構(gòu)成）整流整流利用單向?qū)щ娞匦哉鳌＠脝蜗驅(qū)щ娞匦哉鳌］斎虢涣麟妷阂欢〞r(shí)，輸出直流電壓是

26、一個(gè)定值，輸入交流電壓一定時(shí)，輸出直流電壓是一個(gè)定值，不能任意調(diào)節(jié)。不能任意調(diào)節(jié)。 （2 2）可控硅整流）可控硅整流 是一種大功率半導(dǎo)體。是一種大功率半導(dǎo)體。 使使輸出直流電壓可調(diào)。輸出直流電壓可調(diào)。 可控硅：可控硅：半導(dǎo)體材料為硅。半導(dǎo)體材料為硅。 其結(jié)構(gòu)兩對(duì)其結(jié)構(gòu)兩對(duì)PNPN結(jié)，從中間結(jié)，從中間P P層引層引出出控制極控制極G G（金硼鈀片金硼鈀片），），調(diào)節(jié)輸調(diào)節(jié)輸出電壓。出電壓。 2. 2. 可控硅驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)可控硅驅(qū)動(dòng)特點(diǎn) 直接直接由由SCRSCR調(diào)節(jié)電壓、控制弱磁調(diào)節(jié)電壓、控制弱磁而調(diào)速。而調(diào)速。可控硅整流元件可控硅整流元件3. 3. 為何用為何用ACACSCRSCRDCDC 【為何不

27、用為何不用DCDC發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)】 可控硅多一個(gè)控制極。可控硅多一個(gè)控制極。（1 1）ACAC發(fā)電機(jī)易與柴油機(jī)匹配；發(fā)電機(jī)易與柴油機(jī)匹配；（2 2）不需另設(shè)）不需另設(shè)ACAC發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組（其它設(shè)備用（其它設(shè)備用ACAC）；（3 3）動(dòng)力匹配靈活）動(dòng)力匹配靈活, SCR, SCR有分配、分別控制功能；有分配、分別控制功能； （4 4）SCRSCR對(duì)功率、調(diào)速范圍寬，易與工作組匹配；對(duì)功率、調(diào)速范圍寬，易與工作組匹配；（5 5）使用經(jīng)濟(jì)性好：柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗）使用經(jīng)濟(jì)性好：柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，耗燃少；柴油機(jī)壽命長(zhǎng)燃少；柴油機(jī)壽命長(zhǎng)（延長(zhǎng)大修期（延長(zhǎng)大修期80%80%）；維修費(fèi)低維修費(fèi)低

28、（30%30%）。4.4. 用用DCDC電機(jī)（不用電機(jī)（不用ACAC電機(jī)）原因電機(jī)）原因（1 1）直流電機(jī)）直流電機(jī)：調(diào)速寬；：調(diào)速寬；能頻繁啟動(dòng)；載荷能頻繁啟動(dòng)；載荷變化范圍寬；啟動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)。變化范圍寬；啟動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)。（2 2）交流電機(jī)）交流電機(jī)：硬特性，：硬特性，轉(zhuǎn)速幾乎不隨載荷轉(zhuǎn)速幾乎不隨載荷而變化而變化【只能由調(diào)頻只能由調(diào)頻f f改變轉(zhuǎn)速改變轉(zhuǎn)速】。5. 5. 現(xiàn)在有了現(xiàn)在有了交流變頻技術(shù)，交流變頻技術(shù)，用用ACAC變頻器變頻器ACAC 。五、電機(jī)的制動(dòng)五、電機(jī)的制動(dòng)電機(jī)本身有：電機(jī)本身有：電動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)。【nn或或n=0n=0為制動(dòng)狀態(tài)，由為制動(dòng)狀態(tài)，由M M與與n n

29、反向造成的。反向造成的。】（一）三相異步電機(jī)制動(dòng)一）三相異步電機(jī)制動(dòng)定子通交流電，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流而工作，定子通交流電，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流而工作，n nn n0，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率。（2 2）結(jié)果：）結(jié)果：電機(jī)處發(fā)電狀態(tài)，磁矩電機(jī)處發(fā)電狀態(tài)，磁矩M M起起制動(dòng)制動(dòng)作用作用。000nnnS（3）分析）分析：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子切割磁力線切割磁力線的方向與電的方向與電動(dòng)時(shí)動(dòng)時(shí)相反相反；感應(yīng)感應(yīng)電流電流改改變變了方了方向向；電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩改改變變方方向向；轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)矩： M M與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率S S有關(guān)，有關(guān)，S S為正，為正，M M為為正向正向；S S為負(fù)，為負(fù)，M M反向反向。結(jié)論：結(jié)論：M M與與n n相反，相反

30、，M M起制動(dòng)起制動(dòng)作用作用。 （1 1、2 2象限象限正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)電動(dòng)與制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)與制動(dòng)狀態(tài)，3 3、4 4為為反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電動(dòng)與制動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)與制動(dòng)狀態(tài)） )(202222XSRUSRKM注：注：橫坐標(biāo)上為電機(jī)正轉(zhuǎn)，橫坐標(biāo)上為電機(jī)正轉(zhuǎn)，橫坐標(biāo)下為電機(jī)反轉(zhuǎn)。橫坐標(biāo)下為電機(jī)反轉(zhuǎn)。n n與與M M反向反向n n與與M M同向同向n n與與M M反向反向n n與與M M同向同向nn0（4 4）實(shí)例分析）實(shí)例分析 例例1 1，抽油機(jī)下沖程抽油機(jī)下沖程工作。工作。 開(kāi)始開(kāi)始電機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)下行，驅(qū)動(dòng)下行，驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)力矩M M和和負(fù)載力矩負(fù)載力矩M ML L同向同向，自重作用，自重作用下放加速下放加速；

31、 本應(yīng)本應(yīng)n nn nn n0 0（負(fù)轉(zhuǎn)差）；（負(fù)轉(zhuǎn)差）； 則，磁矩則，磁矩M M與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n n方向相反，方向相反，M M起制動(dòng)作用起制動(dòng)作用。當(dāng)當(dāng)，勻速下降勻速下降。LMM 上頁(yè)圖，先在第上頁(yè)圖，先在第3 3象限工象限工作過(guò)渡到第作過(guò)渡到第4 4象限象限2. 2. 反接制動(dòng)反接制動(dòng) 正常工作：正常工作： A Aa, Ba, Bb, b, C Cc c三相順序接入，電機(jī)正轉(zhuǎn)三相順序接入，電機(jī)正轉(zhuǎn)，特性為特性為曲線曲線1 1； 任意兩相對(duì)調(diào)任意兩相對(duì)調(diào)，電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 電源反接操作電源反接操作：對(duì)調(diào)兩相：對(duì)調(diào)兩相A Aa, Ba, Bc c, C, Cb b 電源電源反接反接，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改

32、變方，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向，向，特性變?yōu)樘匦宰優(yōu)榍€曲線2 2； 防止反接電流過(guò)大防止反接電流過(guò)大定子串阻定子串阻人為特性為人為特性為曲線曲線3 3。固有特固有特性曲線性曲線先正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后反接先正常運(yùn)轉(zhuǎn)之后反接電源反接后曲線電源反接后曲線電源反接定子串阻曲線電源反接定子串阻曲線原理分析原理分析：電源電源反接后，磁矩反接后，磁矩馬上馬上變變向；向；速度不能突變，由速度不能突變，由a a點(diǎn)過(guò)渡點(diǎn)過(guò)渡到到b b或或d d點(diǎn)；點(diǎn)；轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子在M M（制動(dòng)力矩）（制動(dòng)力矩）和和M ML L （負(fù)（負(fù)載力矩）載力矩）共同共同阻力下阻力下迅速減速迅速減速（沿曲線（沿曲線3 3）；M M與與n n反向反向，進(jìn)入制

33、動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，待，待n=0n=0斷電斷電（到（到e e點(diǎn)或點(diǎn)或c c點(diǎn)）點(diǎn)），否則反轉(zhuǎn)。，否則反轉(zhuǎn)。 固有特固有特性曲線性曲線電源反接后曲線電源反接后曲線電源反接定子串阻曲線電源反接定子串阻曲線3. . 倒拉制動(dòng)倒拉制動(dòng) 負(fù)載為位能負(fù)載。負(fù)載為位能負(fù)載。條件：條件：轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)提升重物轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)提升重物，磁矩磁矩M M與與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n同向同向，電機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)。準(zhǔn)備下放，為防止下降太快，用倒拉制動(dòng)準(zhǔn)備下放，為防止下降太快，用倒拉制動(dòng)。 方法：方法：轉(zhuǎn)子中串較大附阻轉(zhuǎn)子中串較大附阻（改變了特性為（改變了特性為曲線曲線2 2，運(yùn)行運(yùn)行點(diǎn)從點(diǎn)從a a點(diǎn)轉(zhuǎn)到點(diǎn)轉(zhuǎn)到b b點(diǎn)），使點(diǎn)），使電動(dòng)電動(dòng)MM

34、（磁矩）減小，（磁矩）減小，M MM ML L（負(fù)（負(fù)載力矩），載力矩），轉(zhuǎn)子沿轉(zhuǎn)子沿曲線曲線2 2減速減速到到c c點(diǎn)，此時(shí)點(diǎn)，此時(shí)M M仍小于仍小于M ML L，迫使迫使電機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。)(202222XSRUSRKM固有特固有特性曲線性曲線轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子中串中串阻后阻后曲線曲線 電機(jī)由正轉(zhuǎn)電機(jī)由正轉(zhuǎn)零轉(zhuǎn)速零轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)，進(jìn)入倒拉制動(dòng)狀態(tài)反轉(zhuǎn)，進(jìn)入倒拉制動(dòng)狀態(tài)。 此時(shí)此時(shí)M M與與n n 方向相反，方向相反，M M起阻力作用，起阻力作用，M=MM=ML L可勻速可勻速下放。（下放。（MMMnnn0 0使用。使用。（1 1）目的：目的：準(zhǔn)確停車(chē)準(zhǔn)確停車(chē)。（2 2）制動(dòng)原理：）制動(dòng)原理：操作操作：將定

35、子斷電，立即將定子斷電，立即接入直流電源。接入直流電源。（特性由曲線（特性由曲線1 1變?yōu)榍€變?yōu)榍€2 2）結(jié)果：結(jié)果：形成固定磁場(chǎng)形成固定磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子在慣性下，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)慣性下，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)( (由由a a點(diǎn)變到點(diǎn)變到b b點(diǎn)點(diǎn)) )，產(chǎn)生感產(chǎn)生感應(yīng)電流應(yīng)電流。該該電流與固定磁場(chǎng)電流與固定磁場(chǎng)作用作用產(chǎn)生產(chǎn)生（與轉(zhuǎn)子方向相反）的（與轉(zhuǎn)子方向相反）的制動(dòng)力矩制動(dòng)力矩。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速（沿曲線沿曲線2 2）下降，并能準(zhǔn)確制動(dòng)下降，并能準(zhǔn)確制動(dòng)。（n=0n=0，不能切割固定磁場(chǎng)的磁力線，不能切割固定磁場(chǎng)的磁力線，M=0M=0。）。）1.1. 反饋制動(dòng)反饋制動(dòng) 外界條件外界條件：使使nnnn0 0（空載轉(zhuǎn)速

36、空載轉(zhuǎn)速）結(jié)果：結(jié)果：處發(fā)電狀態(tài)，起到制動(dòng)作用。處發(fā)電狀態(tài)，起到制動(dòng)作用。例例，電車(chē)平路為電車(chē)平路為電動(dòng)狀態(tài)電動(dòng)狀態(tài)（轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速n n穩(wěn)穩(wěn)定在定在a a點(diǎn)工作）。點(diǎn)工作）。 當(dāng)電車(chē)當(dāng)電車(chē)下坡下坡，位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩使電車(chē)，位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩使電車(chē)加加速速nnnn0 0（從（從a a點(diǎn)向點(diǎn)向b b點(diǎn)過(guò)渡），點(diǎn)過(guò)渡），E E（ ）UU（電壓），電樞（電壓），電樞I Ia a與電動(dòng)時(shí)反向，與電動(dòng)時(shí)反向，M M反向。反向。 造成反饋制動(dòng)，使電車(chē)穩(wěn)速下行（造成反饋制動(dòng)，使電車(chē)穩(wěn)速下行（n n不再增大）。不再增大）。nnMCCRCUnmeae02nCEe【直流電機(jī)，定子通直流電直流電機(jī)，定子通直流電，形成固定磁場(chǎng)，形成固定磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子電樞通直流電，轉(zhuǎn)子電樞通直流電，電與磁電與磁相互作用產(chǎn)生電磁矩。相互作用產(chǎn)生電磁矩。】（二）他勵(lì)電機(jī)制動(dòng)（二）他勵(lì)電機(jī)制動(dòng)2.2. 反接制動(dòng)反接制動(dòng)（1 1）電源反接）電源反接電樞電樞電壓電壓反接反接瞬間瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能突變轉(zhuǎn)速不能突變。電樞電壓變向電樞電壓變向；電樞電流電樞電流I Ia a變向變向；磁矩磁矩M M也也變向變向（ ）。)(adaaRRIEUaICM此時(shí)磁矩此時(shí)磁矩M M與與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n n方向方向相反相反，M M與與M ML L共同共同作用作用使使n n迅迅速速下下降降，直至直至n=0n=0，若不斷電，電機(jī)若不斷電，電機(jī)又反向啟動(dòng)。又反向啟動(dòng)。（