一种双频电机直驱绞车的制作方法

1.本实用新型涉及石油工程设备传动装置领域，特别是一种双频电机直驱绞车。


背景技术：

2.传统的电驱非直驱绞车通过电机驱动减速箱再带动滚筒轴旋转，电机直驱绞车不配减速箱，通过电机直接驱动滚筒轴旋转，这两种形式的绞车均已经在石油钻机、修井机上得到应用。绞车要实现动力输出，达到钻井和修井机作业的目的，必须要配置一个动力机作为动力输入，而传统的电驱非直驱绞车，电机通过联轴器与减速箱连接传递动力，这种传动结构复杂、传递效率低、体积大、重量重，占用空间大，运输也不方便。而当前已经开发的电机直驱绞车，配置的都是单额定频率的交流变频异步电机或者是单额定频率的永磁同步电机，驱动绞车滚筒运转时不能够变档调速，这种直驱绞车为了满足钻修机提升最大载荷和最小钩速的要求，配置的电机功率均比常规非直驱绞车电机功率大，设备使用能耗过高，控制精度不稳定，难以满足用户的实际需求。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双频电机直驱绞车，通过双频电机驱动滚筒，在实现高低速和高低扭矩输出的同时，去除了减速箱，节省了安装空间。
4.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
5.一种双频电机直驱绞车，包括撬座，撬座上设有固定连接的绞车架和双频电机，滚筒轴总成与绞车架转动连接，双频电机位于滚筒轴总成的轴线方向一侧，滚筒轴总成的转轴伸出绞车架并与双频电机的电机轴固定连接。
6.优选的方案中，上述的绞车架在滚筒轴总成的轴线两侧各设有一个双频电机，滚筒轴总成的转轴从两侧伸出绞车架并与双频电机固定连接。
7.上述的绞车架上设有液压盘式刹车，液压盘式刹车的刹车钳架与绞车架和撬座固定连接，液压盘式刹车的刹车盘与滚筒轴总成固定连接，刹车钳架和刹车盘可脱离地滑动接触。
8.上述的双频电机与滚筒轴总成通过联轴器固定连接。
9.上述的双频电机采用永磁同步双频电机，永磁同步双频电机设有六组定子绕组，六组绕组分别为u1-x1绕组 、u2-x2绕组、v1-y1绕组、v2-y2绕组、w1-z1绕组和w2-z2绕组，其中端子u1、v1、w1分别与进线电源三相u、v、w连接，设有四组依次串联的绕组控制接触器km3、km1、km2和km4，km3两端三相端子分别连接u1-v1-w1和u2-v2-w2，km1两端三相端子分别连接u2-v2-w2和x1-y1-z1,km2两端三相端子分别连接x1-y1-z1和x2-y2-z2，km4一端三相端子连接x2-y2-z2，km4另一端三相端子短接，当选择额定转速一时，km1、km4吸合，km2、km3断开，当选择额定转速二时，km2、km3、km4吸合，km1断开。
10.上述的永磁同步双频电机在绞车架两侧各设有一个，两个双频电机同时工作时选择同一种额定转速。
11.上述的双频电机采用交流变频异步双频电机，交流变频异步双频电机设有六组定子绕组，六组绕组分别为u1-x1绕组 、u2-x2绕组、v1-y1绕组、v2-y2绕组、w1-z1绕组和w2-z2绕组，其中端子u1、v1、w1分别与进线电源三相u、v、w连接，设有四组依次串联的绕组控制接触器km3、km1、km2和km4，km3两端三相端子分别连接u1-v1-w1和u2-v2-w2，km1两端三相端子分别连接u2-v2-w2和x1-y1-z1,km2两端三相端子分别连接x1-y1-z1和x2-y2-z2，km4一端三相端子连接x2-y2-z2，km4另一端三相端子短接，控制接触器km5两端端三相分别连接u1-v1-w1和y1-z1-x1, 当选择额定转速一时，km1、km4吸合，km2、km3、km5断开，当选择额定转速二时，km1、km4断开，km2、km3、km5吸合。
12.上述的交流变频异步双频电机在绞车架两侧各设有一个，两个双频电机同时工作时选择同一种额定转速。
13.本实用新型提供的一种双频电机直驱绞车，通过联轴器将双频电机与滚筒轴相连，直接驱动滚筒旋转，配置的双频电机采用双频绕组线圈，可以使用不同转速驱动滚筒，可根据钻机或修井机的工况不同，选择不同的转速证了电机高效运转，双频电机与配置减速箱的传统电驱非直驱绞车电机功率相同，比当前已开发的直驱绞车单频电机功率要小，更加节能，同时，绞车配置了液压盘刹刹车，可以实现驻车制动或紧急制动，确保设备安全可靠使用。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
15.图1为本实用新型永磁同步双频单电机直驱绞车结构示意图；
16.图2为本实用新型永磁同步双频双电机直驱绞车结构示意图；
17.图3为本实用新型交流变频异步双频单电机直驱绞车结构示意图；
18.图4为本实用新型交流变频异步双频双电机直驱绞车结构示意图；
19.图5为本实用新型永磁同步双频单电机直驱绞车电气控制原理图；
20.图6为本实用新型永磁同步双频双电机直驱绞车电气控制原理图；
21.图7为本实用新型交流变频异步双频单电机直驱绞车电气控制原理图；
22.图8为本实用新型交流变频异步双频双电机直驱绞车电气控制原理图。
23.图中：双频电机1、联轴器2、绞车架3、撬座4、液压盘式刹车5、滚筒轴总成6、第二双频电机7、第二联轴器8。
具体实施方式
24.如图1中所示，一种双频电机直驱绞车，包括撬座4，撬座4上设有固定连接的绞车架3和双频电机1，滚筒轴总成6与绞车架3转动连接，双频电机1位于滚筒轴总成6的轴线方向一侧，滚筒轴总成6的转轴伸出绞车架3并与双频电机1电机轴固定连接，通过双频电机1可以根据不同的工况采取不动的转速转矩驱动，取消了以前绞车配置的减速机，节省空间和成本。
25.优选的方案如图2中所示，上述的绞车架3在滚筒轴总成6的轴线两侧各设有一个双频电机1，滚筒轴总成6的转轴从两侧伸出绞车架3并与双频电机1固定连接，通过在滚筒轴总成6两侧分别设置双频电机1，可以在单电机转矩不够的情况下通过双电机同时驱动来
满足重载需求。
26.如图1-4中所示，上述的绞车架3上设有液压盘式刹车5，液压盘式刹车5的刹车钳架与绞车架3和撬座4固定连接，液压盘式刹车5的刹车盘与滚筒轴总成6固定连接，刹车钳架和刹车盘可脱离地滑动接触。
27.如图1-4中所示，上述的双频电机1与滚筒轴总成6通过联轴器2固定连接。
28.上述的双频电机可采用永磁同步双频电机或者交流变频异步双频电机。
29.不同型号的钻机或修井机，由于提升载荷和提升速度不同，对绞车的输入功率要求也不相同，如果要求输入功率大，则可以更换更大功率的电机，也可以增加电机的数量，都能够满足设备使用要求，如何选配，需要结合绞车外形尺寸要求、电机操控的可靠性、电机开发和变频器购置成本等综合因素来考虑，对单台电机来说，其功率越大，电机开发和制造成本会更高，变频器配置要求也更高，电机控制精度和可靠性更差，对增加电机的数量来说，单台电机的功率较小，制造成本低，控制精度和可靠性也好，但是绞车配置双电机外形尺寸会增加，因此，配置单电机还是双电机，需要根据绞车的具体要求进行选择。
30.双频电机与单频电机相比，双频电机的功率利用率高，能耗更低，由于钻机或修井机在实际作业过程中存在不同的工况，如空钩提升或下放、轻载提升或下放、重载提升或下放、卡钻事故处理等。根据电机的特性，在额定功率不变时，额定频率越小，输出转速越小，电机输出转矩就越大；额定频率越大，额定转速越大，电机输出转矩就越小，因此，针对不同的作业工况，可以选择切换到电机的高额定频率或者低额定频率工作，当空钩或轻载作业时选择高频，电机输出转矩小转速高；当重载荷或处理卡钻事故时选择低频，电机输出转矩大转速低，这样可以保证电机始终高效运转，减少了能量的损失，单频电机由于无法调整额定频率，无论是轻载作业工况还是重载作业工况，电机只能通过变频器来控制电机转速，电机在额定频率下工作时间较短，功率的利用率低，因此能耗较高。 切换双频电机额定频率的具体方式，只需通过一个接触器开关，通过切换电机的绕组线圈即可调整电机额定频率，电机绕组线圈多，则频率低，绕组线圈少，则频率高，可以根据现场不同工况来确定何时切换电机的额定频率，这样既提高了作业效率，又保证了有效利用电机功率，实现节能的目的。
31.永磁同步电机和交流变频异步电机相比，永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场，其效率高和功率因数高，体积小、重量轻、温升低，技能效果显著，但是也存在最大转矩受永磁体去磁约束，抗震能力差，高转速受限制，成本高等缺点，交流变频异步电机的三相定子绕组通入三相对称交流电后，产生旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，电机旋转方向与旋转磁场方向相同。交流变频异步电机结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强，但是其功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。因此，需要从操控可靠性、传递效率、制造成本等综合因素来考虑，绞车是配置永磁同步双频电机还是配置交流变频异步双频电机。
32.当绞车滚筒轴总成通过双频单电机直驱时，根据不同的作业工况，选择切换到电机的高额定转速或低额定转速，保证电机始终高效运转，有效解决单频直驱电机功率利用率低，能耗较高的问题。当绞车滚筒轴总成通过双频双电机直驱时，根据不同的作业工况，同时选择切换到两个电机的高额定转速或低额定转速，保证电机始终高效运转，有效解决
单频直驱电机功率利用率低，能耗较高的问题，为了确保双频电机和第二双频电机能够在同一额定频率下工作，控制系统实施了保护功能，即当双频电机和第二双频电机的转速不一致时，无法启动电机，只有在两个双频电机的转速相同时，才能够并车控制电机。
33.如图5所示，所述的双频电机1采用永磁同步双频电机，永磁同步双频电机设有六组定子绕组，六组绕组分别为u1-x1绕组 、u2-x2绕组、v1-y1绕组、v2-y2绕组、w1-z1绕组和w2-z2绕组，其中端子u1、v1、w1分别与进线电源三相u、v、w连接，设有四组依次串联的绕组控制接触器km3、km1、km2和km4，km3两端三相端子分别连接u1-v1-w1和u2-v2-w2，km1两端三相端子分别连接u2-v2-w2和x1-y1-z1,km2两端三相端子分别连接x1-y1-z1和x2-y2-z2，km4一端三相端子连接x2-y2-z2，km4另一端三相端子短接，当选择额定转速一时，km1、km4吸合，km2、km3断开，让每相的两个绕组串联，形成如图5中额定点1的y型接法，当选择额定转速二时，km2、km3、km4吸合，km1断开让每相的两个绕组并联，形成如图5中额定点2的y型接法。
34.如图2和图6所示，上述的永磁同步双频电机在绞车架3两侧各设有一个，两个双频电机1同时工作时选择同一种额定转速。
35.如图7所示，上述的双频电机1采用交流变频异步双频电机，交流变频异步双频电机设有六组定子绕组，六组绕组分别为u1-x1绕组 、u2-x2绕组、v1-y1绕组、v2-y2绕组、w1-z1绕组和w2-z2绕组，其中端子u1、v1、w1分别与进线电源三相u、v、w连接，设有四组依次串联的绕组控制接触器km3、km1、km2和km4，km3两端三相端子分别连接u1-v1-w1和u2-v2-w2，km1两端三相端子分别连接u2-v2-w2和x1-y1-z1,km2两端三相端子分别连接x1-y1-z1和x2-y2-z2，km4一端三相端子连接x2-y2-z2，km4另一端三相端子短接，控制接触器km5两端端三相分别连接u1-v1-w1和y1-z1-x1, 当选择额定转速一时，km1、km4吸合，km2、km3、km5断开，让每相的两个绕组串联，形成如图7中额定点1的y型接法，当选择额定转速二时，km1、km4断开，km2、km3、km5吸合，让每相的两个绕组并联，形成如图7中额定点2的
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型接法。
36.如图8所示，上述的交流变频异步双频电机在绞车架3两侧各设有一个，两个双频电机1同时工作时选择同一种额定转速。