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2超级电容在电动钻机上的应用分析[4-6]
电动钻机的传动原理与集装箱起重机的传动原理有非常相似之处,本文以ZJ70DB型电动钻机的传动原理来分析应用超级电容的可行性。
ZJ70DB型钻机电传系统是由多台发电机组控制柜控制相应的柴油发电机组并网运行,向交流母排上输出600VAC、50Hz交流电,采用进口西门子(或ABB)系列全数字矢量控制交流变频调速装置,由整流单元将交流母排上的600VAC交流电转换成810VDC,输出到直流母排上,由逆变单元将直流母排上的810VDC直流电转换成电压0~600VAC、频率0~300Hz连续可调的交流电,采用一对一控制方式驱动交流变频电动机,满足绞车、转盘、泥浆泵传动的要求。
交流变频电机带动绞车实现在钻进过程中的起下钻作业,带动转盘实现在钻进过程中的旋转作业。在传统的起下钻作业和驱动转盘旋转时,都存在能耗制动的问题。在下钻过程中,游动系统下放的势能转化为滚筒的动能,该动能通过主电机转化为电能,电能通过变频器的制动单元及制动电阻转化为热能散发,使钻具以设定的速度平稳安全地下放;转盘在正常钻进过程中,一般要保证转盘处于恒转速运转状况之下,但由于井底地层原因,转盘扭矩始终在发生变化,遇到跳钻情况时,扭矩变化更加明显,而扭矩变化直接影响到输入功率的变化。在绞车的提放和转盘扭矩的变化过程中,功率始终是处于波动当中,多出的部分则被能耗电阻消耗掉,即转变成热能消失掉。如果使用超级电容,可以将这部分能量收集起来,用于补充绞车提升和其他用电设备的需求。可以改造VFR房(MCC房),在整流柜与逆变柜之间,加入超级电容与双DC-DC变换器以达到储存多余电能的目的。双DC-DC变换器如图1所示。
超级电容的选型可以参照电机额定参数,连接方式通过单体电容的串并混联组合而成,结合了串联分压并联增流的双重优点,连接方式如图2。
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