Исследование электромагнитной совместимости частотно-регулируемого электропривода буровой установки и источника электроэнергии соизмеримой мощности

Abstract

Целью данной работы является исследование и анализ взаимного влияния источника электроэнергии и главного электропривода буровой установки при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости. Приведены результаты исследования взаимного влияния источника и потребителей электроэнергии буровой установки в различных режимах работы главного электропривода при сооружении геологоразведочной скважины. Исследования проводились методом математического моделирования в программной среде MATLAB/Simulink. Модели были составлены для двух систем электроснабжения – дизель-генератора и трансформатора и для двух систем электропривода – нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя. Данные модели позволяют исследовать качество электроэнергии при различных режимах работы электропривода. Выполненные исследования позволили получить зависимости от времени, параметров сети, нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя при его пуске. Сравнение полученных зависимостей показало, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет уменьшить в среднем пусковой ток электродвигателя на 80 % и отклонение напряжения сети на 60 %. Сравнение максимальных значений активных и полных мощностей при пуске нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя показало, что применение преобразователя частоты позволяет выбрать дизель-генератор по мощности в 1,5 раза меньше, чем в случае нерегулируемого электропривода. Это позволяет более полно использовать дизель по мощности и тем самым сократить расход топлива при сооружении скважины. Показано, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и главного привода буровой установки при их совместной работе и уменьшить затраты на энергообеспечение. The aim of this work is to study and analyze the mutual influence of the electricity source and the main electric drive of the drilling rig with the stepped and frequency-based regulation of the angular velocity. The paper presents the results of research on mutual influence of electricity source and electricity consumers of the drilling rig in various modes of operation of the main actuator during geological prospecting holedrilling. The studies were conducted using the method of mathematical modeling in software environment MATLAB/Simulink. Models were made for two power supply systems – diesel generator and transformer, and for two electric drive systems – unregulated and variable frequency induction motor. These models allow investigation of electricity quality under different operating conditions of the drive. The studies have time and power line parameter dependences of unregulated and variable frequency induction motor when starting. Comparison of two curves showed that the use of frequency-controlled cage induction motor in average reduces motor starting current by 80 % and voltage deviation by 60%. Comparison of the maximum values of active and full power at start of unregulated and variable frequency induction motor showed that the use of the frequency converter makes it possible to choose a diesel generator with the power by factor of 1.5 less than in the case of an unregulated drive. It makes better use of diesel power and thereby reduces fuel consumption at the borehole drilling. The research shows that the use of variable-frequency induction motor can improve the electromagnetic compatibility of electricity source and the main drive of the drilling rig at their synchronous functioning, and reduce energy costs.