變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統的制作方法
【專利摘要】變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，系統中發電機轉子采用三相交流勵磁轉子取代傳統的永久磁體轉子或直流勵磁轉子。通過控制發電機的勵磁頻率、電流和相位，讓發電機直接發出所需頻率和電壓的三相交流電來驅動三相交流電動機工作，系統中去除了傳統的大功率變頻器，大幅度簡化了傳動系統，大大降低了制造成本，同時也降低系統的故障率和維護成本，并擺脫了對進口大功率變頻器的依賴。還可使兩臺以上的柴油發電機組組成局部交流電網，共同拖動功率大于單臺發電機的交流電動機工作，使交流傳動技術更易于在以柴油發電機組為動力的石油鉆機等各種較大功率的電氣傳動系統中推廣應用。
【專利說明】變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及石油鉆機交流電氣傳動【技術領域】,尤其涉及石油鉆機交流電氣傳動系統供電與調速【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，以柴油機為原動力的石油鉆機電氣傳動系統分為直流傳動系統和交流傳動系統。在交流傳動系統中，普遍使用交流變頻調速電氣傳動系統，如圖1所示，這種電氣傳動系統一般是由一臺或多臺功率在1000KW左右的柴油機拖動具有永久磁體勵磁或直流勵磁的同步發電機發出工頻電，再經變頻器整流、逆變，然后驅動三相交流電動機拖動鉆井機械工作。柴油發電機組包括柴油機、三相交流發電機6。三相交流發電機6的轉子為直流勵磁或永久磁體勵磁轉子5，直流勵磁轉子通過直流勵磁電源供電。這種傳動模式稱之為“交一直一交”傳動。由于各個柴油發電機組之間存在無法避免的轉速差異，所以發出的交流電不能組成一個局部電網供電，只能每臺發電機各自整流、逆變，由變頻器控制才能協調共同工作，這種方式技術上要求比較復雜。由于現行“交一直一交”傳動系統的關鍵部，大功率逆變裝置價格昂貴，且基本依賴從國外少數幾家知名大公司進口，使用中還需要高級專門技術人員維護管理，因而限制了交流傳動技術在石油鉆機中的推廣使用。現用的石油鉆機交流傳動領域中，只有少數較高檔次鉆機采用“交一直一交”傳動技術，大部分石油鉆機仍然采用機械傳動。
【發明內容】
[0003]為解決目前石油鉆機交流傳動系統中必須使用大功率變頻裝置驅動三相交流電動機和多臺柴油發電機不能組成一個局部電網供電的問題，本發明提供了一種變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統。
[0004]本發明為實現上述目的所采用的技術方案是:變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，柴油發電機組驅動至少一臺三相交流電動機拖動負載運行，柴油發電機組包括柴油機、變頻勵磁發電機和變頻勵磁電源，柴油機驅動變頻勵磁發電機，變頻勵磁發電機I輸出端連接至少一臺三相交流電動機；所述變頻勵磁發電機的轉子為三相交流勵磁轉子，三相交流勵磁轉子繞組連接變頻勵磁電源。當柴油機拖動變頻勵磁發電機轉子轉動時，變頻勵磁發電機I軸的轉速和轉子繞組由三相交流電產生的電磁轉速疊加得到的發電機發電磁場的實際轉速；變頻勵磁電源根據變頻勵磁發電機的實時轉速調整控制變頻勵磁電源輸出頻率，電流和相位使發電機組直接發出負載工況所需頻率、電壓的三相交流電來驅動三相交流負載電動機。
[0005]設有至少兩臺柴油發電機組組成的局部交流電網，柴油發電機組的變頻勵磁電源通過實時通信方式連接，分別調控各發電機磁場轉速，使每臺柴油機組發電頻率、相位和電壓同步，各柴油發電機組的變頻勵磁發電機輸出相位同名端相互連接組成局部電網，共同為負載供電。[0006]所述變頻勵磁發電機軸上裝有轉速傳感器。
[0007]變頻勵磁電源為輸出頻率連續自動可調三相交流電源并帶有實時通信接口變頻電源。
[0008]本發明的變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，在石油鉆機柴油發電機組中，改變傳統的發電機勵磁模式，即用三相交流勵磁轉子勵磁取代傳統的永久磁體轉子或直流勵磁轉子勵磁，不使用大功率變頻器驅動負載電動機，而是通過控制發電機勵磁系統讓柴油發電機組直接發出所需頻率的三相交流電。由于在交流傳動系統中去掉了大功率整流、變頻環節，大幅度簡化了傳動系統，從而大大度降低傳動系統的制造成本，同時也大大降低了整個傳動系統的故障率和維護成本，并擺脫了對進口大功率逆變裝置的依賴。同時可使兩臺以上的柴油發電機組組成局部交流電網，共同拖動功率大于單臺發電機的交流電動機工作，使交流傳動技術更易于在以柴油發電機組為動力的石油鉆機等各種較大功率的電氣傳動系統中推廣應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是現行柴油發電機組供電石油鉆機交流傳動系統原理圖。
[0010]圖2是本發明變頻勵磁柴油發電機組供電交流傳動原理圖。
[0011]圖3是本發明變頻勵磁柴油發電機組網供電交流傳動原理圖。
[0012]圖中:1.變頻勵磁發電機，2.定子繞組，3.三相交流勵磁轉子繞組，4.轉速傳感器，5.直流勵磁或永久磁體勵磁轉子，6.三相交流發電機。
【具體實施方式】
[0013]本發明的變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統原理如圖2所示，柴油發電機組連接至少一臺三相交流電動機，三相交流電動機輸出端連接負載，柴油發電機組包括柴油機、變頻勵磁發電機I和變頻勵磁電源，柴油機連接變頻勵磁發電機，變頻勵磁發電機I輸出端連接三相交流電動機；所述變頻勵磁發電機的轉子為三相交流勵磁轉子，三相交流勵磁轉子繞組3連接變頻勵磁電源。柴油機為普通柴油機，為發電機提供原動力。變頻勵磁發電機是一種軸上裝有轉速傳感器4和三相交流勵磁繞組的三相交流同步發電機，變頻勵磁電源是可輸出頻率為10— 400Hz連續自動可調三相交流電源并帶有實時通信接口變頻電源，電動機為普通三相交流變頻電動機。
[0014]原理如下:在石油鉆機柴油發電機組中，改變傳統的發電機勵磁模式，即用三相交流勵磁轉子勵磁取代傳統的永久磁體轉子或直流勵磁轉子勵磁。在靜止狀態，當向轉子的三相交流勵磁繞組中輸入三相交流電時，轉子上會產生一個旋轉磁場，這個磁場的轉速只取決于輸入轉子勵磁繞組的三相交流電的頻率，而轉向取決于交流電的相位，改變交流電的頻率和相位就可以改變磁場的旋轉速度和轉向，當柴油機拖動發電機轉子轉動時，發電機軸的轉速再疊加上由三相交流電產生的電磁轉速就是發電機磁場的實際轉速。根據柴油發電機組的軸轉速，調控勵磁頻率，電流和相位，就可以讓發電機直接發出所需頻率和電壓的三相交流電來拖動三相交流電動機工作。在此過程中，變頻勵磁電源可根據發電機的實時轉速和勵磁電源輸出頻率得出發電機此刻向負載電動機輸出三相電的頻率和電壓，根據負載工況需求，調整控制變頻勵磁電源輸出頻率，發電機即可向負載電動機輸出工況需求的三相交流電，驅動三相交流負載電動機工作。
[0015]還可以通過對勵磁系統的控制，使兩臺以上的柴油機組發電頻率，相位，電壓同步，直接組成交流局部電網供電，而不再需要通過大功率變頻器整流、變頻后再驅動三相交流電動機。
[0016]如圖3所示，當需要兩臺以上的發電機組組成一個交流局部電網時，柴油發電機組的變頻勵磁電源通過實時通信方式連接，并分別調控各發電機磁場轉速，使兩臺以上柴油發電機組發電頻率，相位，電壓同步，將各柴油發電機組的變頻勵磁發電機輸出相位同名端相互連接，根據工況要求，直接組成交流局部電網供電或拖動功率大于單臺發電機組的負載電動機工作。
【權利要求】
1.變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，其特征在于:柴油發電機組驅動至少一臺三相交流電動機拖動負載運行，柴油發電機組包括柴油機、變頻勵磁發電機(I)和變頻勵磁電源，柴油機驅動變頻勵磁發電機，變頻勵磁發電機(I)輸出端連接至少一臺三相交流電動機；所述變頻勵磁發電機的轉子為三相交流勵磁轉子，三相交流勵磁轉子繞組(3)連接變頻勵磁電源，當柴油機拖動變頻勵磁發電機(I)轉子轉動時，勵磁電源根據發電機軸的轉速控制三相交流勵磁電源的輸出頻率、電流和相位，使發電機直接發出負載工況所需頻率、電壓的三相交流電來驅動三相交流負載電動機。
2.根據權利要求1所述的變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，其特征在于:設有至少兩臺變頻勵磁柴油發電機組，柴油發電機組的變頻勵磁電源通過實時通信方式連接，使每臺柴油機組發電頻率、相位和電壓同步，將各柴油發電機組的變頻勵磁發電機(I)輸出相位同名端相互連接組成局部電網共同拖動至少一臺三相交流電動機工作。
3.根據權利要求1所述的變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，其特征在于:所述變頻勵磁發電機(I)為三相交流勵磁軸上裝有轉速傳感器(4)的發電機。
4.根據權利要求1所述的變頻勵磁柴油發電機組網供電的石油鉆機交流傳動系統，其特征在于:變頻勵磁電源為輸出頻率為10— 400Hz連續自動可調并帶有實時通信接口的三相交流變頻電源。
【文檔編號】H02P9/36GK103701379SQ201310691379
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】劉杰, 肖平, 肖述亮 申請人:大連北美機械動力技術有限公司, 大連四達高技術發展有限公司