低转速多速三相异步电动的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种油田低渗透油井、稠油井专用低转速多速三相异步电动机。它的定、转子的槽配采用144/116槽，转子槽斜度为1.33倍定子槽距，其电磁绕组采用新型混相变极绕组接线方案，由智能监控仪、接触器和转换开关等进行控制调节，使电动机在作低转速多速转换时，电磁绕组接成3Y（24极）或3Y+Y（32极）接法，从而实现在一种极低转速下与抽油机调参最佳配置的有效运行。本发明尤其适用于与在低渗透油井、稠油井工作的抽油机配套使用，节能效果显著。
【专利说明】低转速多速三相异步电动机
【技术领域】
[0001]本发明属于电动机【技术领域】，具体涉及一种面向油田低渗透油井、稠油井抽油机设备配套的低转速多速高性能特种电动机及其控制技术。
【背景技术】
[0002]目前，国内许多老油田的油井均已进入到了采油开发的中期，成为低渗透油井，而且有许多新开采的油井为稠油井。抽油机对此类油井采油时，必须降低到极低的采油冲次，这就促使抽油机的动力传动电动机须有相应的大转矩、低转速来满足抽油机对此类油井重负荷、低冲次要求。据了解，现行与低渗透油井、稠油井抽油机配套使用的动力传动电动机主要有以下几种:
I)、电磁调速电动机:是一种交流恒转矩电动机，通过改变励磁电流，调节负载转速，可使抽油机降低冲次。但电磁调速电动机与拖动它的电动机转速有一个滑差率，因此这种电动机效率很低，属耗能电动机。
[0003]2)、减速电动机:是由减速器和电动机连成一体的传动装置，这种减速传动装置虽然能达到抽油机的大转矩、低冲次要求。但减速箱内的齿轮部件需要液态润滑油润滑、密封困难、易泄漏、使用寿命短、噪声大、维护保养难度大，效率不高。
[0004]3)、变频电动机:是一种无级调速传动装置，操作简单方便，可实现抽油机各种冲次变化要求。缺陷是使用时有谐波产生，会使整个电网受到污染。而且变频器成本高，长期在高温、高寒、风沙等恶劣的工况环境下工作，其内部的电子元器件易老化、损坏，使产品可靠性降低，使用寿命缩短。
[0005]上述三种电动机虽然能满足低渗透油井、稠油井低冲次要求，但使用时均存在一定的技术缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种能够在一台电动机上很方便地实现油田低渗透油井、稠油井地面采油设备的长冲程、低冲次、大转矩的技术解决方案。
[0007]一种低转速多速三相异步电动机。包括电动机和控制柜，其特征在于:电动机的定、转子的槽配采用144/116槽，转子槽斜度为1.33倍定子槽距，其电磁绕组采用新型混相变极绕组3Y+Y/3Y接线方案，控制柜上设有断路器、智能监控仪、四个接触器(CJ1、CJ2、CJ3、CJ4)、两个补偿电容器(Cl、C2)和一个转速转换开关K，通过所述智能监控仪、接触器和转换开关等进行控制调节，使电动机在作低转速多速转换时，电磁绕组接成3Y或3Y+Y接法，从而使电动机在一种大极数(32/24极)、低转速下实施与抽油机调参最佳配置的有效运行。
[0008]采用上述技术方案，可以使电动机根据油井工况环境实施极数转换(即抽油机调参)。配套抽油机在低渗透油井、稠油井工作时非常适用，既提高了电动机在低转速下运行的效率和功率因数，又实现了电动机直接驱动抽油机在低冲次(如I次)以下的高效运行。达到了普通三相异步电动机无法解决在低渗透油井和稠油井所要求的极低转速(187.5转/分以下)下运行的目的，同时也解决了其它专用电动机在极低转速下使用的技术缺陷，满足了低渗透油井、稠油井的高效节能要求。
[0009]1、理论分析和实践表明，若定/转子槽数配合不当，将使电机的性能变坏，甚至不能运行。比如出现电动机起动困难，电磁噪声和振动过大，附加损耗增加，效率降低，温升增高等。根据电动机大转矩、低转速(24/32极)特点，其定、转子槽型及槽配合设计采用了 144/116槽比值，这种槽配比值是通过多次的理论设计与实践验证而获得的最佳方案，它保证了三相异步电动机在大极数(32/24极)，低转速(同步转速187.5/250r/min)条件下安全可靠地运行。确保电动机各项技术参数，性能指标稳定达到预定的技术要求。对普通三相异步电动机而言，在有限的电动机体积内实施如此多槽数的定、转子槽配合，目前在国内外还未出现过。
[0010]2、除在设计时选用合适的槽配合外，转子槽斜度大小是否合适，对电机性能效果影响非常显著。本发明的低转速多速三相异步电动机，转子槽斜度采用1.33倍定子槽距，这亦是经反复设计与验证而得到的最佳槽斜度设计值。该技术方案能够削弱定、转子的齿谐波磁场，降低谐波磁场引起的谐波转矩、谐波电流产生的谐波铜耗及电磁噪声，使电动机在如此大极数(32/24极)下的效率指标能达到77.8/83.9%，高转速时噪声仅为72dB(A)。
[0011]3、在电磁绕组设计方法上突破了国内传统的反向变极方法，采用“新型混相变极绕组3Y+Y/3Y接线原理”方案，既保持了基波分布系数高等优点，又解决了其“引出线多”和“变极切换开关结构复杂”的技术难题。从而既满足了电动机电气性能的先进性又满足了操作使用的方便与可靠性。
[0012]由于本公司长期生产游梁式抽油机配套电动机，对游梁式抽油机的悬点载荷特性有一定认识，考虑到抽油泵是一种柱塞泵，对电动机来讲是一种恒转矩性负载，即电动机的电功率与其转速成正比，可以通过改变抽油机的电动机转速，使抽油泵的排量与油井的渗透能力相适应，以达到节能的目的。开发出的“低转速多速三相异步电动机”新产品，在胜利油田纯梁采油厂稠油区块井进行了试用，效果良好，深受欢迎。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的低转速多速三相异步电动机定、转子槽型配合(144/116槽)图。
[0014]图2为本发明的低转速多速三相异步电动机采用“绕组3Y+Y/3Y接法的接线原理图”。
[0015]图3为本发明的低转速多速三相异步电动机控制柜电气原理图。
【具体实施方式】
[0016]本发明所述的一种低转速多速三相异步电动机，包括由一台定、转子多槽数配合(144/116槽)，转子槽斜度采用1.33倍定子槽距的低转速多速三相异步电动机和一台控制柜组成。
[0017]如图1所示，定、转子槽型及槽配合设计采用了 144/116比值，即定子冲片I为144槽，转子冲片2为116槽，这种槽配比值是通过多次的理论设计与实践验证而找到的最佳方案，它保证了三相异步电动机在大极数(32/24极)，低转速(同步转速187.5/250r/min)条件下安全可靠地运行。确保电动机各项技术参数，性能指标稳定达到预定的技术要求。电动机铸铝转子槽斜度采用1.33倍定子槽距，即:这亦是经反复设计与验证而得到的最佳槽斜度设计值。它削弱了定、转子的齿谐波磁场，降低了谐波磁场引起的谐波转矩、谐波电流产生的谐波铜耗及电磁噪声。使三相异步电动机在如此大极数下(32/24极)的效率指标能达到77.8/83.9%，高转速时噪声仅为72dB (A)0
[0018]所述的新型混相变极绕组3Y+Y/3Y接线方案如图2所示，绕组由9个线圈组UuVuWllU2J2W2 U3 V3W3组成3Y/3Y接法的“基本绕组”和3个线圈组UkVkW1组成的“调整绕组”串联而成。6根引出线分别为2U、2V、2W;1U、1V、1W。三相电源转换开关K (K1与K2互锁)。当转换开关拨到Kl时，K1合闸(K2断开)，2U、2V、2W接三相电源时绕组为3Y接法，三相电源电流从2U、2V、2W端进入，由a、b、c端分别汇接成三星点，24级运行，此时电动机同步转速为250r/min ；当转换开关拨到K2时，K2合闸(K1断开)，1U、IV、Iff接三相电源时绕组为3Y+Y接法，32级运行，三相电源从1U、IV、IW端进入，由2U、2V、2W端分别汇接成三星点，此时电动机同步转速为187.5r/min。此种绕组设计与传统反向变极绕组的2Y/△或2Y/Y接法相t匕，省去了高速运行时需将三根引出线短接的三相开关，使变速切换的可靠性得到提高。
[0019]图3所示，监控仪是为电动机处在运行中时提供安全保护作用，它根据检测到的电动机负载电流变化来判断电动机是否处于安全运行范围。当电动机出现过载时它能及时切断主电路，同时它还可为电动机提供堵转、断相、过压、欠压不平衡等保护作用。所述监控仪优选DBH-17型数字式智能监控仪。
[0020]断路器主要为主电路(三相电路)的控制开关，并在线路过载时能起一定的保护作用，在电动机维护保养时起到切断电源的作用。所述断路器可以选型匪10-100/330 (380V时)和 BRM3-63M(1140V 时)。
[0021]转换开关K (K1/K2)为“转速”转换开关，它拨到“K1”的位置时电动机为“24极”运行。拨到“K2”的位置时电`动机为“32极”运行。
[0022]接触器CJl的主触头控制电动机在24极数运行时电源的接通与断开，即控制电动机24极运行时的起动和停止，它的常开辅助触头控制24极运行指示灯，另一常开辅助触头控制接触器CJ4，常闭辅助触头与接触器CJ2互锁，保证电动机24极运行和32极运行不会同时出现，产生相互干涉。
[0023]接触器CJl的吸合与断开受监控仪的控制，起到保护电动机安全运行的作用。它还受到转换开关K的选择控制和接触器CJ2常闭辅助触头的控制，确保与接触器CJ2互锁。
[0024]接触器CJ2的主触头控制电动机在32极运行时电源的接通与断开，即控制电动机32极运行时的起动和停止，它的常开辅助触头控制32极运行指示灯，另一常开辅助触头控制接触器CJ4，常闭辅助触头与接触器CJl互锁，保证电动机24极运行和32极运行不会同时出现，产生相互干涉。
[0025]接触器CJ2的吸合与断开受监控仪的控制，起到保护电动机安全运行的作用。它还受到转换开关K的选择控制和接触器CJl常闭辅助触头的控制，确保与接触器CJl互锁。
[0026]接触器CJ3，CJ4的主触头分别控制补偿电容器C2，Cl与主电路的接入与断开，起到无功补偿提高电动机功率因数的作用。
[0027]接触器CJ3与接触器CJ2同时吸合与断开，接触器CJ4则分别受接触器CJl和接触器CJ2的常开辅助触头控制吸合与断开，这样安排的目的在于保证24极运行时主电路只接入补偿电容器Cl，32极运行时补偿电容器Cl，C2同时接入主电路。
[0028]当电动机额定电压为114(^时，上述四个接触器((^1、(^2、(^3、(^4)优选真空接触器；当电动机额定电压为380V时，上述四个接触器((^1、(^2、(^3、(^4)优选交流接触器。
[0029]补偿电容器Cl，C2是根据电动机提高功率因数的需要而增加的补偿元件，其容量需根据电动机的无功补偿功率决定，`具体容量视具体电动机而确定。
【权利要求】
1.一种低转速多速三相异步电动机，包括电动机和控制柜，其特征在于:电动机的定、转子的槽配采用144/116槽，转子槽斜度为1.33倍定子槽距，其电磁绕组采用新型混相变极绕组3Y+Y/3Y接线方案，控制柜上设有断路器、智能监控仪、四个接触器(CJ1、CJ2、CJ3、CJ4)、两个补偿电容器(Cl、C2)和一个转速转换开关K，通过所述智能监控仪、接触器和转换开关等进行控制调节，使电动机在作低转速多速转换时，电磁绕组接成3Y或3Y+Y接法，从而使电动机在一种低转速下实施与抽油机调参最佳配置的有效运行。
2.根据权利要求1所述低转速多速三相异步电动机，其特征在于:所述的新型混相变极绕组3Y+Y/3Y接线方案，绕组由9个线圈组UuVu WkU2i V2i W2i U3i V3i W3组成3Y/3Y接法的“基本绕组”和3个线圈组Ul、Vl、Wl组成的“调整绕组”串联而成，6根引出线分别为2U、2V、2W ;1U、1V、1W;当三相电源转换开关K拨到Kl时，K1合闸、K2断开，2U、2V、2W接三相电源时绕组为3Y接法，三相电源电流从2U、2V、2W端进入，由a、b、c端分别汇接成三星点，24级运行，此时电动机同步转速为250r/min ;当转换开关K拨到K2时，K2合闸、K1断开，1U、1V、IW接三相电源时绕组为3Y+Y接法，32级运行，三相电源从1U、IV、IW端进入，由2U、2V、2W端分别汇接成三星点，此时电动机同步转速为187.5r/min。
【文档编号】H02K17/14GK103560631SQ201310530746
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】曹旺国, 房华, 胡爱秋, 吴松桂, 胡金泉, 熊银海 申请人:景德镇市景德电机有限公司