低轉速多速三相異步電動的製造方法
2023-09-23 02:42:05
低轉速多速三相異步電動的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種油田低滲透油井、稠油井專用低轉速多速三相異步電動機。它的定、轉子的槽配採用144/116槽，轉子槽斜度為1.33倍定子槽距，其電磁繞組採用新型混相變極繞組接線方案，由智能監控儀、接觸器和轉換開關等進行控制調節，使電動機在作低轉速多速轉換時，電磁繞組接成3Y（24極）或3Y+Y（32極）接法，從而實現在一種極低轉速下與抽油機調參最佳配置的有效運行。本發明尤其適用於與在低滲透油井、稠油井工作的抽油機配套使用，節能效果顯著。
【專利說明】低轉速多速三相異步電動機
【技術領域】
[0001]本發明屬於電動機【技術領域】，具體涉及一種面向油田低滲透油井、稠油井抽油機設備配套的低轉速多速高性能特種電動機及其控制技術。
【背景技術】
[0002]目前，國內許多老油田的油井均已進入到了採油開發的中期，成為低滲透油井，而且有許多新開採的油井為稠油井。抽油機對此類油井採油時，必須降低到極低的採油衝次，這就促使抽油機的動力傳動電動機須有相應的大轉矩、低轉速來滿足抽油機對此類油井重負荷、低衝次要求。據了解，現行與低滲透油井、稠油井抽油機配套使用的動力傳動電動機主要有以下幾種:
I)、電磁調速電動機:是一種交流恆轉矩電動機，通過改變勵磁電流，調節負載轉速，可使抽油機降低衝次。但電磁調速電動機與拖動它的電動機轉速有一個滑差率，因此這種電動機效率很低，屬耗能電動機。
[0003]2)、減速電動機:是由減速器和電動機連成一體的傳動裝置，這種減速傳動裝置雖然能達到抽油機的大轉矩、低衝次要求。但減速箱內的齒輪部件需要液態潤滑油潤滑、密封困難、易洩漏、使用壽命短、噪聲大、維護保養難度大，效率不高。
[0004]3)、變頻電動機:是一種無級調速傳動裝置，操作簡單方便，可實現抽油機各種衝次變化要求。缺陷是使用時有諧波產生，會使整個電網受到汙染。而且變頻器成本高，長期在高溫、高寒、風沙等惡劣的工況環境下工作，其內部的電子元器件易老化、損壞，使產品可靠性降低，使用壽命縮短。
[0005]上述三種電動機雖然能滿足低滲透油井、稠油井低衝次要求，但使用時均存在一定的技術缺陷。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種能夠在一臺電動機上很方便地實現油田低滲透油井、稠油井地面採油設備的長衝程、低衝次、大轉矩的技術解決方案。
[0007]一種低轉速多速三相異步電動機。包括電動機和控制櫃，其特徵在於:電動機的定、轉子的槽配採用144/116槽，轉子槽斜度為1.33倍定子槽距，其電磁繞組採用新型混相變極繞組3Y+Y/3Y接線方案，控制柜上設有斷路器、智能監控儀、四個接觸器(CJ1、CJ2、CJ3、CJ4)、兩個補償電容器(Cl、C2)和一個轉速轉換開關K，通過所述智能監控儀、接觸器和轉換開關等進行控制調節，使電動機在作低轉速多速轉換時，電磁繞組接成3Y或3Y+Y接法，從而使電動機在一種大極數(32/24極)、低轉速下實施與抽油機調參最佳配置的有效運行。
[0008]採用上述技術方案，可以使電動機根據油井工況環境實施極數轉換(即抽油機調參)。配套抽油機在低滲透油井、稠油井工作時非常適用，既提高了電動機在低轉速下運行的效率和功率因數，又實現了電動機直接驅動抽油機在低衝次(如I次)以下的高效運行。達到了普通三相異步電動機無法解決在低滲透油井和稠油井所要求的極低轉速(187.5轉/分以下)下運行的目的，同時也解決了其它專用電動機在極低轉速下使用的技術缺陷，滿足了低滲透油井、稠油井的高效節能要求。
[0009]1、理論分析和實踐表明，若定/轉子槽數配合不當，將使電機的性能變壞，甚至不能運行。比如出現電動機起動困難，電磁噪聲和振動過大，附加損耗增加，效率降低，溫升增高等。根據電動機大轉矩、低轉速(24/32極)特點，其定、轉子槽型及槽配合設計採用了 144/116槽比值，這種槽配比值是通過多次的理論設計與實踐驗證而獲得的最佳方案，它保證了三相異步電動機在大極數(32/24極)，低轉速(同步轉速187.5/250r/min)條件下安全可靠地運行。確保電動機各項技術參數，性能指標穩定達到預定的技術要求。對普通三相異步電動機而言，在有限的電動機體積內實施如此多槽數的定、轉子槽配合，目前在國內外還未出現過。
[0010]2、除在設計時選用合適的槽配合外，轉子槽斜度大小是否合適，對電機性能效果影響非常顯著。本發明的低轉速多速三相異步電動機，轉子槽斜度採用1.33倍定子槽距，這亦是經反覆設計與驗證而得到的最佳槽斜度設計值。該技術方案能夠削弱定、轉子的齒諧波磁場，降低諧波磁場引起的諧波轉矩、諧波電流產生的諧波銅耗及電磁噪聲，使電動機在如此大極數(32/24極)下的效率指標能達到77.8/83.9%，高轉速時噪聲僅為72dB(A)。
[0011]3、在電磁繞組設計方法上突破了國內傳統的反向變極方法，採用「新型混相變極繞組3Y+Y/3Y接線原理」方案，既保持了基波分布係數高等優點，又解決了其「引出線多」和「變極切換開關結構複雜」的技術難題。從而既滿足了電動機電氣性能的先進性又滿足了操作使用的方便與可靠性。
[0012]由於本公司長期生產遊梁式抽油機配套電動機，對遊梁式抽油機的懸點載荷特性有一定認識，考慮到抽油泵是一種柱塞泵，對電動機來講是一種恆轉矩性負載，即電動機的電功率與其轉速成正比，可以通過改變抽油機的電動機轉速，使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應，以達到節能的目的。開發出的「低轉速多速三相異步電動機」新產品，在勝利油田純梁採油廠稠油區塊井進行了試用，效果良好，深受歡迎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的低轉速多速三相異步電動機定、轉子槽型配合(144/116槽)圖。
[0014]圖2為本發明的低轉速多速三相異步電動機採用「繞組3Y+Y/3Y接法的接線原理圖」。
[0015]圖3為本發明的低轉速多速三相異步電動機控制櫃電氣原理圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明所述的一種低轉速多速三相異步電動機，包括由一臺定、轉子多槽數配合(144/116槽)，轉子槽斜度採用1.33倍定子槽距的低轉速多速三相異步電動機和一臺控制櫃組成。
[0017]如圖1所示，定、轉子槽型及槽配合設計採用了 144/116比值，即定子衝片I為144槽，轉子衝片2為116槽，這種槽配比值是通過多次的理論設計與實踐驗證而找到的最佳方案，它保證了三相異步電動機在大極數(32/24極)，低轉速(同步轉速187.5/250r/min)條件下安全可靠地運行。確保電動機各項技術參數，性能指標穩定達到預定的技術要求。電動機鑄鋁轉子槽斜度採用1.33倍定子槽距，即:這亦是經反覆設計與驗證而得到的最佳槽斜度設計值。它削弱了定、轉子的齒諧波磁場，降低了諧波磁場引起的諧波轉矩、諧波電流產生的諧波銅耗及電磁噪聲。使三相異步電動機在如此大極數下(32/24極)的效率指標能達到77.8/83.9%，高轉速時噪聲僅為72dB (A)0
[0018]所述的新型混相變極繞組3Y+Y/3Y接線方案如圖2所示，繞組由9個線圈組UuVuWllU2J2W2 U3 V3W3組成3Y/3Y接法的「基本繞組」和3個線圈組UkVkW1組成的「調整繞組」串聯而成。6根引出線分別為2U、2V、2W;1U、1V、1W。三相電源轉換開關K (K1與K2互鎖)。當轉換開關撥到Kl時，K1合閘(K2斷開)，2U、2V、2W接三相電源時繞組為3Y接法，三相電源電流從2U、2V、2W端進入，由a、b、c端分別匯接成三星點，24級運行，此時電動機同步轉速為250r/min ；當轉換開關撥到K2時，K2合閘(K1斷開)，1U、IV、Iff接三相電源時繞組為3Y+Y接法，32級運行，三相電源從1U、IV、IW端進入，由2U、2V、2W端分別匯接成三星點，此時電動機同步轉速為187.5r/min。此種繞組設計與傳統反向變極繞組的2Y/△或2Y/Y接法相t匕，省去了高速運行時需將三根引出線短接的三相開關，使變速切換的可靠性得到提高。
[0019]圖3所示，監控儀是為電動機處在運行中時提供安全保護作用，它根據檢測到的電動機負載電流變化來判斷電動機是否處於安全運行範圍。當電動機出現過載時它能及時切斷主電路，同時它還可為電動機提供堵轉、斷相、過壓、欠壓不平衡等保護作用。所述監控儀優選DBH-17型數字式智能監控儀。
[0020]斷路器主要為主電路(三相電路)的控制開關，並在線路過載時能起一定的保護作用，在電動機維護保養時起到切斷電源的作用。所述斷路器可以選型匪10-100/330 (380V時)和 BRM3-63M(1140V 時)。
[0021]轉換開關K (K1/K2)為「轉速」轉換開關，它撥到「K1」的位置時電動機為「24極」運行。撥到「K2」的位置時電`動機為「32極」運行。
[0022]接觸器CJl的主觸頭控制電動機在24極數運行時電源的接通與斷開，即控制電動機24極運行時的起動和停止，它的常開輔助觸頭控制24極運行指示燈，另一常開輔助觸頭控制接觸器CJ4，常閉輔助觸頭與接觸器CJ2互鎖，保證電動機24極運行和32極運行不會同時出現，產生相互幹涉。
[0023]接觸器CJl的吸合與斷開受監控儀的控制，起到保護電動機安全運行的作用。它還受到轉換開關K的選擇控制和接觸器CJ2常閉輔助觸頭的控制，確保與接觸器CJ2互鎖。
[0024]接觸器CJ2的主觸頭控制電動機在32極運行時電源的接通與斷開，即控制電動機32極運行時的起動和停止，它的常開輔助觸頭控制32極運行指示燈，另一常開輔助觸頭控制接觸器CJ4，常閉輔助觸頭與接觸器CJl互鎖，保證電動機24極運行和32極運行不會同時出現，產生相互幹涉。
[0025]接觸器CJ2的吸合與斷開受監控儀的控制，起到保護電動機安全運行的作用。它還受到轉換開關K的選擇控制和接觸器CJl常閉輔助觸頭的控制，確保與接觸器CJl互鎖。
[0026]接觸器CJ3，CJ4的主觸頭分別控制補償電容器C2，Cl與主電路的接入與斷開，起到無功補償提高電動機功率因數的作用。
[0027]接觸器CJ3與接觸器CJ2同時吸合與斷開，接觸器CJ4則分別受接觸器CJl和接觸器CJ2的常開輔助觸頭控制吸合與斷開，這樣安排的目的在於保證24極運行時主電路只接入補償電容器Cl，32極運行時補償電容器Cl，C2同時接入主電路。
[0028]當電動機額定電壓為114(^時，上述四個接觸器((^1、(^2、(^3、(^4)優選真空接觸器；當電動機額定電壓為380V時，上述四個接觸器((^1、(^2、(^3、(^4)優選交流接觸器。
[0029]補償電容器Cl，C2是根據電動機提高功率因數的需要而增加的補償元件，其容量需根據電動機的無功補償功率決定，`具體容量視具體電動機而確定。
【權利要求】
1.一種低轉速多速三相異步電動機，包括電動機和控制櫃，其特徵在於:電動機的定、轉子的槽配採用144/116槽，轉子槽斜度為1.33倍定子槽距，其電磁繞組採用新型混相變極繞組3Y+Y/3Y接線方案，控制柜上設有斷路器、智能監控儀、四個接觸器(CJ1、CJ2、CJ3、CJ4)、兩個補償電容器(Cl、C2)和一個轉速轉換開關K，通過所述智能監控儀、接觸器和轉換開關等進行控制調節，使電動機在作低轉速多速轉換時，電磁繞組接成3Y或3Y+Y接法，從而使電動機在一種低轉速下實施與抽油機調參最佳配置的有效運行。
2.根據權利要求1所述低轉速多速三相異步電動機，其特徵在於:所述的新型混相變極繞組3Y+Y/3Y接線方案，繞組由9個線圈組UuVu WkU2i V2i W2i U3i V3i W3組成3Y/3Y接法的「基本繞組」和3個線圈組Ul、Vl、Wl組成的「調整繞組」串聯而成，6根引出線分別為2U、2V、2W ;1U、1V、1W;當三相電源轉換開關K撥到Kl時，K1合閘、K2斷開，2U、2V、2W接三相電源時繞組為3Y接法，三相電源電流從2U、2V、2W端進入，由a、b、c端分別匯接成三星點，24級運行，此時電動機同步轉速為250r/min ;當轉換開關K撥到K2時，K2合閘、K1斷開，1U、1V、IW接三相電源時繞組為3Y+Y接法，32級運行，三相電源從1U、IV、IW端進入，由2U、2V、2W端分別匯接成三星點，此時電動機同步轉速為187.5r/min。
【文檔編號】H02K17/14GK103560631SQ201310530746
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】曹旺國, 房華, 胡愛秋, 吳松桂, 胡金泉, 熊銀海 申請人:景德鎮市景德電機有限公司