低噪声三相异步双速电动机的制作方法

本发明涉及交流电动机技术领域，确切地说，它是一种油田抽油机用低噪声三相异步双速电动机。

背景技术：

抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”。通过加压的办法使石油出井。当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油。当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。

井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别，采用恒速电动机会出现很多问题。如抛却这些不谈，就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。只有调速驱动才能达到最佳控制。

双速三相异步电动机是抽油机专用的高效、节能、防盗三相异步电动机，它采用机电一体化设计方案，即在一个电机的壳体内制作出两个或三个不同功率等级的电动机，具有高滑差、高转矩、高效率、高功率因数的运行特点，这种电动机的运行功率与相应的原配套Y2系列电机运行功率相比：功率降低30%～40%；电动机的结构安装型式与原配套Y系列电动机相同，抽油机安装基础部分无需更改。

图1是现有技术的定、转子截面示意图，72个定子槽在定子的内圆周上均匀分布；58个转子槽在转子的外圆周上均匀分布，电机轴，绕组。试验时发现，这种电动机在8极运转时声音是正常的，而在12极起动后会出现嗡嗡响的电磁噪声，安装到抽油机上后，在抽油作业过程中，电机在8极、740r/min时，工作正常，噪音低于70 dB（A），在国家标准噪音允许范围之内。当电机转换为12极、480r/min工作状态时，噪音急剧增大，最大是可达105 dB（A）。致使现场操作人员无法正常工作，甚至造成听力损害，同时也对环境造成严重噪音污染。

其产生噪音的原因是：定子相带由异步电动机气隙磁密波作用在定子铁芯齿上的磁力有切向和径向两个分量。径向分量使定子铁芯产生的振动变形，是电磁噪声的主要来源。切向分量是与电磁转矩对应的反作用力，它使齿对其根部弯曲，并产生局部振动变形，这是电磁噪声的一个次要来源。分析异步电动机的电磁振动和噪声，主要是分析电机气隙的径向电磁力波和定子的径向（垂直于轴的方向）固有振动特性。

由于磁极磁场并非完全按正弦规律分布，定子绕组内的感应电势不完全是正弦波，即：除了正弦波形的基波外还包含着一系列谐波，正常情况下，每极下磁密波对磁极中心线是对称的，磁密的空间谐波中只有奇次谐波，即：ν=1、3、5、7、9、…

三相绕组的三次谐波合成磁势等于零，在对称的三相电机中，合成磁势不存在三次及三的倍数次谐波，即不存在3、9、15、… 等次谐波。

谐波磁场极对数 ν=（6K₁+1）P

式中 K₁----系数 K₁=±1、±2、±3、±4 …

P-----电机极对数

K₁=+1 对应7次谐波；

K₁=-1 对应5次谐波；

K₁=+2 对应13次谐波；

K₁=-2 对应11次谐波；

K₁=+3 对应19次谐波；

K₁=-3 对应17次谐波；以此类推

如图1所示，现有技术中定子槽数Q₁ =72 ；转子槽数Q₂ =58 ；

谐波磁场极对数 ν=（6K₁+1）P

式中 K₁----系数 K₁=±1、±2、±3、±4 …

P-----电机极对数

K₁=+1 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+42；

K₁=-1 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-30；

K₁=+2 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+78；

K₁=-2 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-66；

K₁=+3 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+114；

K₁=-3 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-102；

K₁=+4 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+150；

K₁=-4 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-138；

K₁=+5 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+186；

K₁=-5 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-174；

……

由此而得：ν=-30、+42、-66、+78、-102、+114、-138、+150、-174、+186…对极，

其中定子齿谐波磁场极对数 ν₂ = K₁ Q₁ +P =-66、+78、-138、+150（式中K₁=±1、±2）

由定子ν次谐波磁场感应产生的转子相带谐波磁场 μ= K₂ Q₂ +ν

由定子基波磁场感生的转子齿谐波磁场极对数 μ₂= K₂ Q₂ +P

K₂----系数 K₂=±1、±2、±3 、±4 …

K₂=+1 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+64；

K₂=-1 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-52；

K₂=+2 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+122；

K₂=-2 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-110；

K₂=+3 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+180；

K₂=-3 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-168；

K₂=+4 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+238；

K₂=-4 ，Q₂ =58 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-226；

由此而得：μ₂ =-52、+64、-110、+122、-168、+180、-226、+238 …

ν与μ₂相互作用产生的径向力波阶数n =μ₂ ±ν

定子一阶齿谐波-66对极与转子一阶齿谐波+64对极相互作用产生二阶力波，它是随时间和空间变化的径向力波，它作用在定子铁芯上，使铁芯产生随时间周期性变化的径向变形，引起振动、噪声。径向力波的阶次越低，铁芯弯曲变形的相邻二支点间的距离就越远，定子刚度越差，变形也越大。

由于二阶力波的阶次低，因此对振动和噪声影响很大，对应阶次的铁芯固有频率近似与n²成正比，而变形量近似于n⁴成反比，因此高阶力波影响很小，幅值大的低阶力波是电磁噪声的主要根源。当径向力波的频率与对应该阶力波的铁芯固有频率相接近时，就会共振，共振会使振动和电磁噪声剧增。因此定转子的槽配合的选择非常重要，为避免定转子一阶齿谐波相互作用而产生的力波阶次n=0、1、2、3、4的情况，应避免

∣Q₁- Q₂∣=2P、2P±1、2P±2、2P±3、2P±4、…

本电机∣Q₁- Q₂∣=∣72- 58∣=14=2P+2

从上式可见，现有技术电磁噪声较大是由定转子槽数配合不当引起的。

技术实现要素：

本发明是对现有技术的改进，其目的就是提供运行平稳、节能，特别是可以大幅度降低噪音的低噪声三相异步双速电动机。

本发明的目的是这样实现的，低噪声三相异步双速电动机包括电机外壳、绕组、电动机轴、定子和转子，转子固定在电动机轴上，72个定子槽在定子的内圆周上均匀分布，转子安装在定子内，其特征在于：６４个转子槽在转子的外圆周上均匀分布。

与现有技术相比，本发明实测电磁噪声为75 dB（A），比72/58槽配合时降低20 dB（A）左右，大大改善了作业环境，减小了噪声污染；另外，由于本发明在减小噪声的同时，还减小了震动，从而延长了其他零部件、机架使用寿命、降低了采油成本。

附图说明

图1是现有技术定子和转子的横截面示意图。

图2是本发明定子和转子的横截面示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明是将现有技术的72/58槽定、转子的配合模式，改变为72/64槽定、转子的配合模式，本领域技术人员均可实现。它是在反复试验和实践的基础上得出的。然后又经历了理论计算来验证。其理论根据为：

定子槽数Q₁ =72 ；转子槽数Q₂ =64；

定子相带谐波磁场极对数 ν=（6K₁+1）P

式中 K₁----系数 K₁=±1、±2、±3、±4 …

P-----电机极对数

K₁=+1 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+42；

K₁=-1 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-30；

K₁=+2 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+78；

K₁=-2 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-66；

K₁=+3 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+114；

K₁=-3 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-102；

K₁=+4 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+150；

K₁=-4 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-138；

K₁=+5 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=+186；

K₁=-5 ，P=6时 ν=（6K₁+1）P=-174；

……

由此而得：ν=-30、+42、-66、+78、-102、+114、-138、+150、-174、+186…对极，

定子齿谐波磁场极对数 ν₂ = K₁ Q₁ +P =-66、+78、-138、+150（式中K₁=±1、±2）

由定子ν次谐波磁场感应产生的转子相带谐波磁场 μ= K₂ Q₂ +ν

由定子基波磁场感生的转子齿谐波磁场极对数 μ₂= K₂ Q₂ +P

K₂----系数 K₂=±1、±2、±3 、±4 …

K₂=+1 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+70；

K₂=-1 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-58；

K₂=+2 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+134；

K₂=-2 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-122；

K₂=+3 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+198；

K₂=-3 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-186；

K₂=+4 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=+262；

K₂=-4 ，Q₂ =64 ，P=6时 μ₂= K₂ Q₂ +P=-250；

由此而得：μ₂ =-58、+70、-122、+134、-186、+198、-250、+262 …

ν与μ₂相互作用产生的径向力波阶数n =μ₂ ±ν

定子一阶齿谐波-66对极与转子一阶齿谐波+70对极相互作用产生+4阶力波，定子二阶齿谐波-138对极与转子一阶齿谐波+134对极相互作用产生-4阶力波。

从以上分析可以看出，当定、转子槽配合为72/58时，最低阶力波为2阶，而当定、转子槽配合为72/64时，最低阶力波为4阶。所以本发明大幅度降低了电动机的电磁噪声。用原定子配64槽新设计转子，实测电磁噪声为75 dB（A），可比72/58槽配合时的电磁噪声降低20 dB（A）左右。

本发明中的定子可以采用先用技术中的定子，转子的制作工艺、材料与现有技术完全相同。