浅析钻机绞车矢量变换变频调速机械的特性与工作原理［摘要］随着交流变频控制技术的发展和电气元件功能增加与可靠性的提高，使该控制技术在钻机绞车上得到了成功应用。本文通过对钻机绞车矢量变换变频调速机械特性与工作原理的介绍，分析其优越的性能。［关键词］钻机绞车；控制；交流变频；再生发电制动中图分类号：TE923.01文献标识码：A文章编号：1009-914X(2016)15-0005-021矢量变换控制变频调速和再生发电制动时异步电机的机械性及特性异步电机的调速方案中，效率最高?p性能最好的方案是变压变频调速方案。调速时，需按比例同时调节定子电源的电压和频率，在这种情况下，机械特性基本上平行移动，而转差功率不变。在变压变频调速方法中，矢量变换控制的动态转矩特性和静态调速特性都比常用的U/F控制方法好，所以近年得到广泛应用。当主回路采用电压源型变频器，控制回路采用矢量变换控制时，异步电机电磁转矩为Te=3Pn.()2X,其中，Pn为电机极对数，Er为转子全磁通感应电动势;«1为定子供电电源角频率；s=(no-n)/no为转差率;no为下的同步转速(no=60fl/Pn，《l=2nfl)，n为转子实际转速;r2为折算到定子侧的每相转子电阻。由于在矢量变换控制中，Er/«1为恒值，因此，这时的机械特性Te=f(s)完全是一条直线，s〉l为电动运行状态，sn，s=n0-n/n0〉0，且tg巾2===tg2〉0,即小2处于0°-90°，所以，转子电流的有功分量I'2R=I2sin(1>2>0,而转子电流的无功分量I'2r=I2sin2>0o由此画出异步电动机的向量图如图2。中向量+m为主磁通，Im为励磁电流。由于铁损，Im超前电角度为aFe，定子绕组磁动势El可以看出，U1和II之间的相位角巾10，即定子绕组从电网吸收了电能，而定子的无功功率Plr=UlIlsin4>1>0(11落后U190°)，即II的无功分量滞后于U1，表示电网提供感性电流，用于励磁且I超过E1，说明II里含有滞后m90E2为归算后的转子绕组电动势，小1为定子电压U1和定子电流II的功率因素ZTJ°从图7容性电流。当减速和制动时，变频器驱动电机在发电制动运行状态下工作，n0下降，但转子在空间继续以从前的速度n旋转，此时nOO。由以上I'2a、I'2r的表达式可以看出，当s变负时，转子电流的有功分量改变了方向，而无功分量的方向不变。这样可以绘出发电机状态下的向量图，如图3。从图可看出，U1和II之间的相位角小1〉90此时定子的有功功率Pla=UlIlcos(blO，(Ilr落后U190即II的无功分量仍滞后于U1。因此，从电动机的角度来看，异步电动机吸收了负的有功功率和滞后的无功功率，前者输出给电网，后者供励磁。而从发电机的角度来看，即把图中的II用其反向延长线表不，并标为-11。显然，此是，-II超前U1的电角度为(11-4)1)0，即定子绕组向电网输电功率，而定子的无功功率U1IIsin(n-4)l)>0,即定子绕组吸收了超前无功功率，用于励磁。实际上在电动状态下，异步电动机并不是在100%时间内都吸引功率，而在大部分时间内由流电源Ed经逆变桥向电动机供电，电动机吸收了落后的电功率，这是主流。同时由于绕组电流不能突变，在小部分时间内经续流管将电能回馈到直流侧，这是支流；在发电状态下，异步电动机并不是在100%时间都输出电功率，而在大部分时间内绕组经续流二极管向电源回馈能量，输出了超前的电功率，这是主流，同时在小部分时间内由IGBT向电机提供功率，这是支流。目前，钻机绞车再生发电减速制动时，由于采用的西门子变频器中的整流电流电路不可逆，即使可逆，因受钻机电网容量所限，也不允许将过多能量回馈电网，导致电网电压过高而引起跳闸。所以，钻具下放时的动能由异步电动机在发电状态通过续流二极管向中间直流回路上的电容C充电，使中间直流回路电压不断升高，当能量升高到限制值后，制动回路的制动单元会导通，将反馈到电机的电能消耗在制动电阻上。3钻机绞车矢量变换变频调速机械的优越性能交流变频电机驱动钻机绞车，利用矢量变换控制变频调速方法，可得到与直流电机相同的线性机械特性，其动态转矩特性和静态调速特性都比常用的U/F控制方法好。矢量变换变频调速控制和再生发电制动可以使钻机绞车在四象限运行，操作一个手柄，可以实现钻机绞车的起下钻、加减速和悬持驻车操作。矢量变换变频调速方法的...