大功率直流电机调速系统的研究与设计

论文摘要

大功率直流电机具有调速性能优良、可靠性高的优点,被广泛的应用到钻井平台上拖动机械设备。大功率直流电机调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。系统弱电部分检测系统工作时的转速、电枢电流、电机温度、晶闸管温度等信号,根据检测到的信号发出控制信号;强电部分根据控制信号调节电动机转速,以满足不同作业现场的需要。随着中国经济的高速增长和工业产业的快速发展,2007年我国石油消费量已增至3.5亿吨,成为世界第二大石油消费国。根据初步测算,我国海域油气资源量可达351～404亿吨以上的油当量,约470亿m~3,为我国2002年海陆原油与天然气油当量储量之和50.89亿m~3的9倍,勘探开发潜力非常大。因此,需要加大海洋石油勘探的开发力度;同时也要加快海洋石油工业技术装备的国产化。大功率直流电机调速系统是海洋石油电动钻机的动力核心部分。本文通过对电动钻机中的钻井绞车、转盘和泥浆泵的负载特性进行分析,针对海洋石油电动钻机直流电机调速系统的基本要求,对海洋石油平台使用的大功率直流电动机的调速系统进行研究与设计。设计了转速—电流双闭环的大功率直流电机调速系统。本文还对直流调速系统的设计进行了详尽的分析,分析了晶闸管可控桥的可靠触发及保护电路、系统稳压电源控制电路、电流信号检测电路、电压信号检测电路、电流调节器、转速调节器、使能电路、负载分配均衡电路和触发电路,并且提出了系统可能出现的各种干扰情况所给予的相应抑制措施。本课题的研究顺应了我国对海洋石油钻井业国产化、控制自动化、低成本、高效率的要求。本课题对已有的钻井平台的电动钻机直流调速控制系统进行升级改造,具有一定的实际意义,同时也对我国海洋石油工业技术的自主研发和国产化,也有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 大功率直流电机调速发展概述
• 1.2 大功率直流电动机在海洋工程中的应用
• 1.2.1 海洋工程中大功率直流电动机调速系统的工作特点
• 1.2.2 国外典型的大功率直流电动机
• 1.3 本课题的选题背景
• 1.4 论文的主要内容
• 第2章 大功率直流电机调速系统
• 2.1 调速系统的主要性能指标
• 2.1.1 稳态性能指标
• 2.1.2 动态性能指标
• 2.2 直流电动机数学模型
• 2.3 直流电机调速的基本方法
• 2.4 大功率直流调速系统的可控直流电源
• 2.4.1 三相可控整流电源
• 2.4.2 晶闸管的可靠触发
• 2.4.3 晶闸管的保护
• 2.5 闭环控制的大功率直流调速系统
• 2.5.1 转速-电流双闭环调速系统
• 2.5.2 调压调速基础上的弱磁调速
• 2.6 直流电动机的可逆运行
• 2.6.1 电枢反接可逆线路
• 2.6.2 励磁反接可逆线路
• 第3章 大功率直流电机的特性
• 3.1 可控整流电源下直流电动机的机械特性
• 3.2 直流电动机的挖土机特性
• 3.3 石油平台电动钻机的特性
• 3.3.1 钻井绞机的特性
• 3.3.2 转盘的特性
• 3.3.3 泥浆泵的特性
• 3.4 海洋工程中大功率直流电动机的特殊技术要求
• 3.5 海洋工程中大功率直流电机调速控制系统的基本要求
• 第4章 大功率直流电机调速系统的设计
• 4.1 系统结构框图
• 4.2 系统的主电路
• 4.3 可控硅整流电路的设计
• 4.4 调速控制电路的设计
• 4.4.1 基本设计思想
• 4.4.2 稳压电源
• 4.4.3 信号检测电路
• 4.4.4 使能电路
• 4.4.5 电动机速度控制
• 4.4.6 电流限制和电流上升率限制
• 4.4.7 负荷分配均衡电路
• 4.5 触发电路的设计
• 4.5.1 方波发生器
• 4.5.2 多谐振荡器
• 4.5.3 触发脉冲的放大和分配
• 第5章 系统的经济性及抗干扰性
• 5.1 系统的经济性
• 5.1.1 霍尔效应元件
• 5.1.2 模块化
• 5.2 系统的抗干扰性
• 5.2.1 主要干扰渠道
• 5.2.2 供电系统的抗干扰措施
• 5.2.3 印刷电路板的抗干扰设计
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 主要参数和物理量文字符号
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历