电磁刹车控制系统性能测试分析

来源:用户上传      作者: 宋正强 杨辉玲

　　一、引言
　　随着石油勘探开发工作的发展,钻井难度不断增加,钻遇地层日益复杂,一些新型钻井工艺技术的不断涌现,特别是一些特殊工艺的井,例如大位移水平井、定向井、开窗侧钻井、鱼骨状分支井等,电磁涡流刹车的作用日益明显。电磁刹车是一种无机械摩擦的钻机辅助刹车,司钻人员可用司钻开关调节电磁刹车励磁电流的大小,从而灵活地控制刹车的制动转矩、控制下钻的速度快慢,不用主刹车而完成整个下钻作业。
　　电磁涡流刹车在我国石油钻机上的应用已有近20年的历史。石油工作者在长期的使用中积累了许多宝贵的经验,但也发现目前使用中的电磁涡流刹车及其控制电源在运行中存在许多不足。如缺少必要的保护、没有备用、触发不可靠等。
　　因此,本文根据扬州某石油设备厂的需求研制开发了一套钻机电磁刹车电源控制柜装置,本设计采用可控硅专用集成触发芯片TAC785,双窄脉冲触发方式,可靠性大大提高。该刹车装置主要包括整流部分、报警部分和显示部分。最后,该装置在油田钻井平台上进行了带实际负荷性能测试,结果表明刹车速度在3s左右,完全满足油田钻井作业的需求。而该项技术经过适当改造,完全可以应用于汽车涡流刹车、风力发电机涡流刹车装置,对电磁涡流技术的推广起到积极的作用。
　　
　　二、实际测试条件
　　图1中B为实际钻井绞车及钻机起升系统。图1中A为钻井平台绞车装置,电磁涡流刹车线圈装置B安装在绞车A右方。测试条件:
　　输入电源:AC380V;
　　两台2.2KWAC220V风机;
　　电磁刹车线圈电阻6.8;
　　绞车基本参数:输入功率:750kW(2×375kW);输入转速:0rpm-100rpm(恒扭矩35400N.m),100rpm-216.6rpm(恒功率375kW)。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　三、试验测试结果分析
　　图2首先给出了电源控制柜触发脉冲波形,采用的是双列窄脉冲触发方式,该方式有利于防止晶闸管在第一个脉冲时不能可靠触发,因此在下一个脉冲到来时,同时给上一级晶闸管补发一个脉冲。该触发脉冲具有良好的尖峰,可以快速而准确地触发晶闸管。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　在绞车下钻过程中,快速拉动刹车手柄,使得晶闸管完全导通,测的刹车时间为3s,完全符合钻井电磁刹车速度≤5s的要求。另外,显示电路,报警装置经过测试均能正常工作,能够满足设计要求。
　　
　　四、结论
　　本文所设计的电磁涡流刹车电源控制柜在实际工作情况下进行了性能测试,触发脉冲具有良好波形,能够可靠触发晶闸管导通,证明该装置在绞车正常起下钻过程中可以快速制动,时间在3s左右,完全符合钻井作业要求。
　　由于时间有限,且厂方并没有对该刹车装置提出更高要求,因此本设计也是以简单、可靠为主要目标。该装置在如下方面仍需完善:
　　第一,整流部分可以完全采用将触发电路集成在一起的、技术成熟的整流模块,或者是IGBT器件。
　　第二,整流技术可以采用PWM触发方式,直流电压输出谐波少,对电网冲击小。
　　第三,与计算机网络技术相结合,实现无人值守或网络远程控制。
　　参考文献:
　　1、杨瑞.电磁涡流刹车作为汽车辅助刹车的研究[J].兰州理工大学,2007.
　　2、胥泽文.电磁涡流刹车断电保护装置的制作[M].机械工业出版社,2002.
　　3、肉孜木沙.抽油机电控刹车装置的设计[M].科学出版社,2003.
　　4、惠大明,刘新.电磁涡流刹车控制电源改进的讨论[M].哈尔滨工业大学出版社,2001.
　　5、王兴贵,郭永吉.基于TCA785移相触发器的电磁涡流刹车电源[J].机电工程技术,2007(1).
　　6、刚寒冰,齐秋群.晶闸管移相触发集成电路TCA785应用[M].北京工业学院出版社,2001.
　　*本文属基金项目:扬州职业大学教科研项目(07T02)。
　　(作者单位:扬州职业大学汽车与电气工程系)

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